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本文选取Sb2O3掺杂的PZT二元系压电陶瓷为研究对象,采用固相合成法制备压电陶瓷。研究了该系统的最佳配比,不同添加方式对PSZT压电陶瓷的影响:电极及金属化温度对PSZT压电陶瓷性能的影响。在此基础上对掺杂Li2CO3的PSZT压电陶瓷的性能进行了研究。
结果表明:对于PSZT系统压电陶瓷,Zr/Ti为52:48,烧结温度为1200℃时性能最佳:p=7.79g/cm3,εT33/ε0=1992,tanδ=1.78%,d33=410pC/N,Kp=0.65,Tc=380℃,Td()270℃。此时,晶粒发育良好,平均粒径为2μm,晶界较为清晰。但随着Sb2O3含量的增加,晶粒尺寸逐渐较小。
不同的添加方式没有改变PSZT压电陶瓷的钙钛矿结构。相比而言,外加方式压电陶瓷的性能要显著优于置换方式。外加的试样晶粒分布均匀,致密度较高,而置换的试样晶粒大小不一,有气孔产生,致密度下降。后者性能下降的原因主要是由于铅的缺失,导致大量铅空位的产生,从而恶化了材料的性能。
对于PSZT压电陶瓷,涂有银钯电极试样的性能要优于涂有银电极的试样。试样的性能随着烧渗温度的升高呈现先增后减的趋势,在800℃时获得最佳值。此温度下,显微形貌分析可知,银电极颗粒间结合较为致密,但有独立的孔洞出现,而银钯电极颗粒间交织成类似于网状的结构,有利于增强电极层的强度与稳定性。由电极层与陶瓷基体的线扫描可知,电极层与陶瓷基体中形成了过渡层,且银钯电极较为明显。过渡层的形成保证了电极与陶瓷基体牢固的粘结,使电极层具有较好的物理化学稳定性和良好的导电性。银钯电极试样的性能较银电极好,一方面是由于网状结构的形成,另一方面是由于钯的加入,形成银钯合金,抑制了银离子向陶瓷基体的迁移扩散。
对于Li2CO3掺杂的PSZT压电陶瓷,分别研究了掺杂量、合成温度以及烧结温度对压电陶瓷相结构、显微结构、介电压电性能以及温度稳定性的影响。结果表明:Li2CO3的加入使烧结温度降低了30℃~50℃,当Li2CO3掺杂量为0.05wt.%,合成温度为900℃,烧结温度为1170℃时,可获得最佳性能:p=7.78g/cm3,εT33/ε0=1803,tanδ=1.65%,d33=387pC/N,kp=0.64,Tc=415℃,Td()300℃。较高的居里温度以及退极化温度进一步提高了陶瓷材料的应用温度。