PMS-PZN-PZT四元系压电陶瓷的性能研究

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本文采用传统的固相烧结方法制备了Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3- PbZrO3-PbTiO3(PMS-PZN-PZT)四元系压电陶瓷,并通过添加MnO2、Ni2O3、以提高材料的性能。通过X射线衍射(XRD)对合成后材料的晶相进行了分析,用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品表面的显微结构,并且讨论了组成和烧结温度对材料介电、压电性能以及温度稳定性的影响。通过研究Zr/Ti比对PMS-PZN-PZT系统性能的影响发现:三方相和四方相共存的准同型相界位于一个很宽的组成范围内;在850℃的煅烧温度、1245℃的烧结温度且保温2h的条件下,当Zr/Ti=50/50时,得到综合性能优良的压电材料:相对介电常数ε33T/ε0=1243,介电损耗tanδ=0.004,压电常数d33=296pC/N,机电耦合系数Kp =0.532,机械品质因数Qm=1605,居里温度Tc=297℃;随着Zr/Ti比的增大,谐振频率的温度系数由正变为负,在Zr/Ti=50/50时获得最小值,反映了四方相向三方相的转变。此外,研究了Mn含量和烧结温度对Mn、Ni掺杂PMS-PZN-PZT四元系统介电、压电性能的影响。Mn掺杂使得组成从准同型相界向三方相移动,极大地降低了居里温度且增大了系统的弥散程度。在850℃的煅烧温度、1220℃的烧结温度且保温2h的条件下,当Mn=0.1wt%,Zr/Ti=50/50时,系统的综合性能最佳:ε33T/ε0=1244,tanδ=0.004,d33=277pC/N,Kp=0.62,Qm=2415, Tc=280℃。
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