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含铅压电陶瓷由于具有良好的机电性能而得到广泛的应用和深入的研究。在不同环境中使用的压电器件对压电陶瓷性能的要求各不相同,因此人们对压电陶瓷的性能提出了新的要求:一是需要一种能够同时满足高居里温度和高压电性能的压电陶瓷;二是由于存在铅挥发以及人们对低能耗的追求,需要寻找一种低烧结温度的压电陶瓷。而常用的压电陶瓷都难以同时满足上述要求。二元系Pb(Yb1/2Nb1/2)O3-PbTiO3(PYN-PT)压电陶瓷是一种高居里温度的压电陶瓷,然而人们对该体系的制备条件的探讨还比较少,还没有人研究预烧温度和烧结温度等制备条件对其机电性能的影响。在压电器件设计过程中需要的PYN-PT压电陶瓷的全矩阵机电参数也未见报道,因此对PYN-PT压电陶瓷的制备和机电性能的研究十分必要。 本文首先研究了PYN-PT压电陶瓷的制备条件对其机电性能的影响,制备得到了机电性能良好的PYN-PT压电陶瓷。研究发现前驱体在1200℃烧结温度下即可形成良好的相结构;探讨了PYN-PT压电陶瓷在不同预烧温度和不同烧结温度下的成相情况和压电性能,得到最佳的预烧温度和烧结温度分别为850℃和1000℃;通过改变体系的组分比例,制备得到了五种组分的(1-x)PYN-xPT陶瓷(x=0.49,0.495,0.50,0.505,0.51),测试了PYN-xPT陶瓷的TG-DSC、XRD、介电温谱、电滞回线、压电性能、机电性能等性质随组分的变化规律。发现该体系的准同型相界位于x=0.495处,而且在准同型相界处具有较大的剩余极化(Pr=36μC/cm2),较小的矫顽场(Ec=19.1kV/cm),较高的介电常数(33Tε=2061),较高的压电性(d33=450pC/N)和平面机电耦合系数(k33=0.71),另外其居里温度也比较高(Tc=375℃)。 由于PYN-0.495PT陶瓷的居里温度高,压电性能好,因此本文还测试了该组分陶瓷的介电、铁电、压电性能的温度稳定性。发现这种材料在高温下仍具有良好的机电性能:在170℃下仍保持很好的电滞回线,剩余极化仍能达到25.2μC/cm2;在300℃下kp和kt仍分别能达到0.39和0.43。另外,极化后的样品在130℃附近存在介电异常峰,同时其压电性能开始降低,这是由陶瓷中宏观畴到微观畴的转变引起的。 本文最后利用超声共振联合方法测量了PYN-0.495PT陶瓷的弹性、介电、压电和机电耦合系数全矩阵。在共振法中,按照IEEE标准制备了四种类型的压电振子,结合超声法直接测量得到了15个材料参数,并利用压电方程得到了PYN-0.495PT陶瓷的一套完整自洽的全矩阵机电参数。发现PYN-0.495PT陶瓷的压电性能明显好于工业常用的PZT-5A陶瓷,且由于具有低烧结温度和高居里点的特点,是一种可以替代PZT-5A的实用新型压电陶瓷材料。