Zr/Ti比对PSN-PZN-PMS-PZT五元系压电陶瓷性能的影响

以固态氧化物为原料,采用二次合成工艺制备PSN-PZN-PMS-PZT五元系压电陶瓷。研究准同型相界(MPB)附近组成为0.03Pb(Sn1/3dNb2/3)O3-0.03Pb(Zn1/3Nb2/3O3-0.04Pb(MnSb2/3)03-xPbZrO3-(0.9-x)PbTiO3(x=0430-0.460)的陶瓷性能。结果发现:在合成温度860℃、保温3h时可以得到钙钛矿结构。当x=0.435,即Zr/Ti=0.935时,烧结温度1260℃,保温3h,其压电、介电性能在准同型相界处综合性能最佳:ε33T/ε0=1390,d33=300×10-12C/N,Kp=55.1％,Qm=1180。     

组成对PMN-PNN-PZT系压电陶瓷性能的影响

通过两步合成工艺研究了xPb(Mg1/3Nb2/3)O3-yPb(Ni1/3Nb2/3)O3-zPbZrO3-wPbTiO3四元系的大量组成,获得了位于准同型相界(morphotropic phase boundary)处的组成范围及所有选取组成的压电性能、介电性能和机械特性.实验结果表明:准同型相界位于0.25 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.15Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-zPbZrO3-wPbTiO3,其中w/z在1.60～1.65之间.在此区间内,材料具有良好的综合性能.其各项主要参数为:居里温度Tc=202～205℃;室温下相对介电常数εT r3=3350～3540;介电损耗tanδ=(1.8～2.1)%;压电常数d33=(540～550)×10-12pC/N;机械品质因素Qm=63;机电耦合系数Kp=0.57～0.58.     

Sr、Mn离子掺杂PMS-PZT压电陶瓷相组成与性能研究

针对聚焦超声换能器用压电陶瓷,采用传统的固相法制备Pb1.04(Mn1/3 Sb2/3)0.05 Zr0.47 Ti0.48 O3+x％SrCO3+y％MnO2(x+y=0.3)(PMS-PZT)三元系压电陶瓷.使用正交实验分析方法研究添加不同比例的Sr、Mn离子后PMS-PZT压电陶瓷电学性能的变化.讨论了在准同型相界(MPB)随着掺杂元素相对含量的改变对压电陶瓷的相对介电常数εr、机电耦合系数kp、机械品质因数Qm和压电常数d33的影响.通过研究发现:在900℃煅烧,1180℃烧结保温2 h,当x=0.15时,三方相和四方相共存且三方度最大,得到综合性能优良的压电陶瓷材料:密度 ρ=7.84 g/cm3、压电常数d33=336 pC/N、机械品质因数Qm=1889、机电耦合系数kp=0.63、相对介电常数εr=1479,采用此工艺制备的压电陶瓷完全满足高强度超声换能器用的压电材料.     

Ba取代对四元系PMNS-PZT压电陶瓷结构和电学性能的影响

采用铌铁矿先驱体法制备了Pb1-xBax（Zr0.505Ti0.495）0.95（Mn1/3Nb1/3Sb1/3）0.05O3（其中x=0．01，0．02，0．03，0．04）四元系陶瓷，并考察了Ba取代量变化对PMNS—PZT四元系陶瓷结构和性能的影响。XRD测试结果表明，采用先驱体法合成PMNS—PZT陶瓷材料，为完全的钙钛矿结构，且随着Ba取代量的增加，经历了从四方-三方相共存再到完全三方相的相变过程，其准同型相界区间位于x=0．01-0．03范围内。SEM测试结果表明，Ba取代量的变化对样品的显微组织结构影响不大，这应该是由于Ba^2＋取代量较低，在晶界处富集很少，对晶粒的长大抑制作用不明显所致。在Ba^2＋的取代量为3mol％时，其性能可达Kp=0．50，Qm=1385，d33=255PC／N，ε^T33/ε0=1273，tanδ=0．52％，能满足大功率的要求。     

掺杂物对PSN-PSZT系统准同型相界附近的介电和压电性能的影响

采用传统含铅压电陶瓷工艺制备了不同掺杂物 (La2 O3、MnO2 、MnCO3、SiO2 )掺杂 0 .0 2Pb(Nb1 2 Sb1 2 )O3- 0 .98Pb0 .84 7Sr0 .1 53(Zr0 .55Ti0 .4 5)O3系压电陶瓷材料 (简称PSN -PSZT)。研究了不同掺杂物对PSN -PSZT系准同型相界附近的介电和压电性能、频率温度系数的影响 ,得到了滤波器振子用压电材料 ,其性能为 :平面机电耦合系数Kp=5 6 % ,机械品质因数Qm=5 6 0 ,介质损耗tgδ为 0 .9% ,相对介电常数 (εr)为 195 0 ,频率温度系数TKfr=30ppm ℃ ,同时研究了不同掺杂物样品的电滞回线特征 ,探讨了掺杂物作用机理。     

镧掺杂PMN-PT陶瓷在准同型相界处的相组成调控

采用两步预烧工艺制备Pb_{0.962 5}La_0.025(Mg_1/3Nb_2/3)_1-zTi_zO₃(z=0.28、0.29、0.30、0.31)陶瓷,其准同型相界(MPB)的化学组成位于PbTiO₃含量为0.29 mol和0.30 mol附近。选取准同型相界两侧的化学组成,制备四方晶相Pb(Mg_1/3Nb_2/3)_0.66Ti_0.34O₃和三方晶相Pb_1-1.5xLa_x(Mg_1/3Nb_2/3)_1-yTi_yO₃(x=0.083 3~0.041 7,y=0.206 7~0.273 3)陶瓷粉体。将两种晶相粉体按照设计比例(三方晶相摩尔分数w=0.3、0.4、0.5、0.6)混合,干压成型,烧结成化学组成相同、晶相占比不同的Pb_{0.962 5}La_0.025(Mg_1/3Nb_2/3)_0.70Ti_0.30O₃陶瓷。研究了晶相组成对陶瓷压电性能、介电性能、铁电性能的影响。结果表明,高温烧结后,陶瓷中的三方晶相和四方晶相占比与配料比基本一致。当w=0.5时,1 250 ℃烧结陶瓷中三方晶相与四方晶相含量占比分别为0.47、0.53,晶粒平均尺寸为(5.24±0.23) μm,相对密度为96.76%。陶瓷的压电应变常数d₃₃、径向机电转换系数k_p、厚度机电转换系数k_t、相对介电常数ε_r、剩余极化强度P_r和场致应变系数S(1 Hz、3.5 kV/mm)分别为1 014 pC/N、0.67、0.64、10 955、24 μC/cm²和0.21%。该方法可人为调控化学组成位于准同型相界的陶瓷的晶相占比。     

La掺杂对0.75PMN-0.25PT压电陶瓷结构及其性能的影响

采用铌铁矿预产物合成法制备La掺杂Pb(1-x)Lax(Mg1/3 Nb2/3)0.75Ti0.25O3(0.75PMN-0.25PT-xLa,x=0、0.01、0.015、0.02)铁电陶瓷,并研究了不同含量La掺杂对PMN—PT的微观结构及其性能的影响.结果表明,所有陶瓷样品均为纯钙钛矿结构,没有其他任何杂相,而且随La含量的增加,材料相结构逐渐由三方相向四方相转变.当La掺杂量为0.015时,0.75PMN-0.25 PT-xLa陶瓷出现三方和四方相共存现象,即出现了准同型相界(MPB),使得0.75PMN-0.25PT-xLa陶瓷的电学性能得到了较大的提高,压电常数d33～ 360 pC/N,介电常数εr～6000.La掺杂量达到0.02时,材料的相结构已全部转化为四方相,提高了晶体的对称性,为制备La掺杂0.75PMN-0.25PT电光透明陶瓷提供了依据.     

Ba(Zr_(0.055)Ti_(0.945))O_3含量对[(Na_(0.80)K_(0.16)Li_(0.04))_(0.5)Bi_(0.5)]TiO_3陶瓷性能的影响

系统研究(1-y)[(Na0.80K0.16Li0.04)0.5Bi0.5]TiO3-yBa(Zr0.055Ti0.945)O3无铅压电陶瓷,获得压电应变常数高达185pC/N的0.94[(Na0.80K0.16Li0.04)0.5Bi0.5]-TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3压电陶瓷。样品的晶体结构为三方相、四方相共存,处于准同型相界(morphotropic phase boundary,MPB)附近。该类陶瓷室温MPB的摩尔(下同)含量为0.050y0.065。样品y=0.060在40°左右的(003)、(021)双峰与46.5°左右的(002)、(200)双峰分裂最明显。随着Ba(Zr0.055Ti0.945)O3含量的增加,铁电相-反铁电相相变温度(θd)升高、反铁电相-顺电相相变温度(θm)降低;θd和θm的温差越来越小,材料的弛豫性逐渐降低。     

钠过量对K0.49NaxNbO3陶瓷结构及其性能的影响

采用传统固相反应法制备了K0.49NaxNbO2(x=0.51～0.54)系无铅压电陶瓷,系统研究了Na过量对K0.49NaxNbO3陶瓷结构与压电、铁电性能的影响.研究结果表明:在研究的Na过量范围内,陶瓷样品具有单一的正交钙钛矿型晶体结构,但在x=0.52～0.53处晶格常数出现不连续的变化过程,表明该体系存在由两个不同正交晶相构成的准同型相界(MPB),在MPB区域边界x=0.52处陶瓷具有优异的性能:西d33=142 Pc/N,Qm=146,εr=462,tanδ=0.026,kp=0.39.     

锰掺杂对PNW-PMS-PZT压电陶瓷结构和性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了Pb(Ni1/2W1/2)O3-Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-Pb(Ti，Zr)O3-xMnO2压电陶瓷，分析了经1150℃烧结2h制备的陶瓷样品的相结构组成。实验结果表明：所有陶瓷样品均为钙钛矿相，未发现其它晶相。随着锰掺杂量的增加，陶瓷晶粒逐渐长大。研究了不同剂量的锰掺杂对压电陶瓷介电和压电性能的影响。结果表明：随着锰掺杂量的增加，材料逐渐变“硬”，当MnO2掺杂量少于0．2％(按质量计，下同)时，相对介电常数εr、压电常数d33和机械品质因数Qm逐渐增加，介电损耗tanδ减小；当MnO2掺杂量多于0．2％时，εr、d33和Qm逐渐降低，tanδ增加。随着锰掺杂量的增加，机电耦合系数kp和Curie温度θc逐渐减小。MnO2掺杂量为0．2％的压电陶瓷适合制作大功率压电陶瓷变压器。其压电性能为：εr=2138，tanδ=0．0058，kp=0．613，Qm=1275，d33=380pC／N和θc=205℃。     

压电陶瓷PZN-PZT对压电复合材料性能的影响

本研究采用固相烧结法合成了PZN-PZT压电陶瓷粉体,并用XRD分析了其晶相组成。将PZN-PZT陶瓷粉体与PVDF复合,制备出PZN-PZT/PVDF0-3型压电复合材料,研究了陶瓷质量分数对复合材料铁电性、介电性及压电性的影响。结果表明,复合材料的铁电性、介电性和压电性能随陶瓷含量的增加而增强,当陶瓷含量为90%时,复合材料的剩余极化强度Pr达到5.27μC·cm-2,矫顽场EC为76kV·cm-1,介电常数εr为188,介电损耗tanδ为0.065,压电常数d33则达到33.4pC/N。     

BNBMT无铅压电陶瓷的制备及性能研究

本文采用新型溶胶-凝胶制粉技术和传统陶瓷生产工艺制备了0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07Ba1-xMgxTiO3（简称BNBMT100x）体系无铅压电陶瓷,并对BNBMT陶瓷的晶相特征及其介电和压电性能进行了讨论。XRD分析表明,陶瓷样品均形成了单一的钙钛矿结构固溶体;Mg的加入对陶瓷的介电、压电性能有显著影响;陶瓷的铁电-顺电相变峰显著降低、展宽;介电损耗在室温至200℃范围内较平缓。当x=0.04时,机电耦合系数kp和kt最大,分别为16%和19%,压电常数d33值为111pC/N。     

CaO掺杂对BaTiO3陶瓷结构及介电性能的影响

采用新型溶胶-凝胶制粉技术和传统陶瓷工艺相结合的方法,制备了(Ba1-xCax)TiO3(x=0～0.16)陶瓷,并对陶瓷晶相特征及其介电、压电性能进行了研究。结果表明,经1250℃烧结的陶瓷由单一晶相组成,晶体具有钙钛矿结构。其介电、压电特征受CaO加入量的影响显著。当x≤0.1时,陶瓷的介电常数随CaO加入量的增加而增大,并表现出弛豫铁电体的特征,其居里点与纯BaTiO3陶瓷相差不大。当x>0.1时,陶瓷的介电常数随CaO的增加而减小,其铁电性能弱化,但介电损耗较小,介电温度稳定性较好。     

半化学法制备工艺对PMN-PT陶瓷电性能的影响

以硝酸镁代替MgO,采用两种半化学法制备工艺分别制备了铌镁酸铅-钛酸铅陶瓷,并研究了陶瓷的相组成、显微结构和电性能。实验结果表明,采用两步半化学法(SCM-A)制备的陶瓷为纯钙钛矿相结构,晶粒大小约为5μm,结构致密,该陶瓷的介电常数峰值达45 000,剩余极化强度为31.8μC/cm2,压电常数为450 pC/N;而采用一步半化学法(SCM-B)制备的陶瓷则含有少量焦绿石相,晶粒大小约为2μm,该陶瓷的介电常数峰值为25 000,剩余极化强度约为26.9μC/cm2,压电常数为360 pC/N。     

CaTiSiO5掺杂对钛酸钡锶陶瓷介电性能的影响

采用传统固相烧结法,利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等方法系统研究了CaTiSiO5掺杂量对(Ba,Sr) TiO3(barium strontium titanate,BST)基电容器陶瓷介电性能和微观结构的影响.结果表明:CaTiSiO5掺杂的BST陶瓷材料的介电损耗都比较小,但是对材料居里峰的移动和展宽效应都明显.随着CaTiSiO5掺杂量的增加,BST陶瓷的介电常数(εr)先增大然后减小,介电损耗(tanδ)先增大然后减小,变化不大,交流耐压强度(Eb)先增大然后减小,容温变化率先减小然后增大.当掺杂CaTiSiO5质量分数为0.8％时,BST陶瓷的综合介电性能较好:介电常数(εr)=2540,介电损耗(tanδ)=0.0036,耐压强度(Eb)=5.6 kV/mm(AC),在-30～85℃温度范围内,容温变化率为-18.9％ ～ 20.6％,容温特性符合Y5S特性.     

Fabrication and Properties of 2-2 Cement Based Piezoelectric Composites

Composites with 2-2 connectivity were fabricated from lead magnesium niobate-lead zirconate-lead titanate(PMN) and sulphoaluminate cement by cut-filling process. The influences of PMN volume fraction and water/cement ratio on the properties of the composite were investigated. The results show that the piezoelectric strain constant d₃₃ increase rapidly with increasing volume fraction of PMN. When the PMN volume fraction is about 0.60, the d₃₃ value is up to 357 pCN^-1. The planar electromechanical coupling coefficient K_p of the composites is lower than that of PMN ceramic, while the thickness electromechanical coupling coefficient K_t is higher than that of PMN ceramic. The water/cement ratio has little influence on piezoelectric properties of 2-2 cement based piezoelectric composite.     

Bi3NbZrO9掺杂对BST电容器陶瓷介电性能的影响

采用传统固相烧结法,利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等方法系统研究了Bi3NbZrO9掺杂量对(Ba,Sr) TiO3(barium strontium titanate,BST)基电容器陶瓷介电性能和微观结构的影响.结果表明:Bi3NbZrO9掺杂没有改变BST陶瓷主晶相,随着掺杂量的增加会出现一些杂相.Bi3NbZrO9掺杂BST陶瓷具有小的介质损耗值,对材料居里峰的移动和展宽效应明显.Bi3NbZrO9掺杂量为lwt％时,烧结温度为1280℃,BST陶瓷具有较佳的介电性能:介电常数(εr) =2325,介质损耗(tanδ)=0.0048,耐压强度(Eb) =7.8 kV/mm(AC),-30 ～ 85℃温度范围内,容温变化率(△C/C)为-12.9％～ 14.3％.