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大应变psn-pnn-pzt压电陶瓷的制备与性能研究

大应变PSN-PNN-PZT压电陶瓷的制备与性能研究

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作者：郭瑶仙天津大学

学位级别：硕士

本文通过传统固相法制备了四元体系ypsn-0.3pnn-(0.7-y)pzt(y=0-0.02)压电陶瓷,通过对物相分析、微观结构的观察和压电介电性能的分析,讨论了psn对体系准同型相界的影响,以及对压电介电性能的影响,最终确定性能最优的最佳组分,然后对最... 详细信息

本文通过传统固相法制备了四元体系ypsn-0.3pnn-(0.7-y)pzt(y=0-0.02)压电陶瓷,通过对物相分析、微观结构的观察和压电介电性能的分析,讨论了psn对体系准同型相界的影响,以及对压电介电性能的影响,最终确定性能最优的最佳组分,然后对最佳psn含量的配方进行工艺(合成温度、极化条件)的优化以及进行La掺杂,以实现大应变压电陶瓷的应用。通过研究不同psn含量对ypsn-0.3pnn-(0.7-y)pzt四元体系准同型相界处Zr/Ti的影响,并讨论了其对性能的影响。发现随着psn含量的增加,处于准同型相界处的Zr/Ti逐渐减小,即随着psn含量的增加,铌锑铌镍锆钛酸铅四元体系的准同型相界是逐渐向富钛区移动。在烧结温度为1240℃时,体系压电系数、机电耦合系数、介电常数随着psn含量的增加均先增加后减小。当psn含量为1.5mol%时,体系性能达到最佳。psn-pnn-pzt压电陶瓷的应力应变曲线形状是蝴蝶状曲线,电滞回线是典型的矩形状曲线,随着psn增加,剩余极化强度(Pr)和应变极值(Smax)都是先增大后减小,当psn=1.5mol%时,Pr和Smax均达到最大。研究了0.015psn-0.3pnn-0.685pzt体系压电陶瓷,讨论了Zr/Ti和合成温度对材料性能的影响。随着Zr/Ti的增加,试样的相结构从四方相逐渐向三方相转变。随Zr/Ti的增加,d,k,(ε)/ε都是先增大后降低;随着合成温度的增加,陶瓷片的d和ε/ε先增加后降低。当Zr/Ti=43/57,T合=750℃时,试样的性能达到最佳:d=643 pC/N,k=0.67,(ε)/ε=4349,tanδ=1.67%,T=229°C。本实验还讨论了极化方式对陶瓷性能的影响,发现陶瓷性能与在极化过程中试样的冷却速度有关,当采用无保压自然冷却的极化方式时,陶瓷性能最佳:d=661pC/N,ε/ε0=4603,tanδ=1.57%。对于0.015psn-0.3pnn-0.685pzt压电陶瓷,在电场强度为3kV/mm下,随着锆钛比的增加,剩余极化强度和最大应变Smax都是先增加后减小,矫顽场是一直减小。当Zr/Ti=43/57时,S=0.39%,Pr=33.53μC/cm,E=0.8kV/mm。研究了La掺杂0.015psn-0.3pnn-0.685pzt压电陶瓷,讨论了La的掺杂量、烧结温度以及Zr/Ti对体系的准同型相界和压电介电性能的影响。随着La掺杂量、烧结温度和Zr/Ti的增加,d,k,ε/ε均是先增大后降低。当La掺杂量为1mol%,烧结温度为1260°C,Zr/Ti=43/57时,陶瓷获得最佳性能:d=656pC/N,k=0.63,ε/ε=5403,tanδ=1.74%,T=212°C。

关键词： psn-pnn-pzt 合成温度极化方式大应变

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