xPb(Ni1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Ti0.6Hf0.4)O3三元压电陶瓷的制备与性能研究

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压电陶瓷是一种可以将机械能与电能相互转换的功能材料,因为力学性能比较好和压电性能比较稳定等优点,可以作为一种重要的光、热、力、电敏感功能材料,广泛运用于信息、航天、电子等领域。随着压电器件应用的研究和发展,压电陶瓷的高性能、宽的准同型相界、高的温度稳定性更加引起研究人员的注意。本文选取xPb(Ni1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Ti0.6Hf0.4)O3(简称xPNN-(1-x)PTH)体系压电陶瓷作为研究对象,经过前驱体的合成、预烧、成型压片、烧结、烧渗银和极化等工艺制备了9个不同PNN含量的xPNN-(1-x)PTH压电陶瓷。本文通过室温下XRD衍射图谱可以确定xPNN-(1-x)PTH系列的准同型相界在x=0.30-0.31.5的组分。我们通过变温XRD衍射图谱确定了各组分下三方相与四方相共存的温度范围,在x=0.25-0.28时,两相共存在105-150℃;x=0.29时,两相共存在60-105℃;x=0.30-0.315时,两相共存在30-105℃;x=0.32-0.33时,不存在两相共存。我们通过SEM图像看到断面的压电陶瓷PNN-PTH:气孔率非常小、晶界清晰、颗粒度在1-5μm之间、致密度高。本文研究了不同的PNN含量对压电陶瓷xPNN-(1-x)PTH的性能的影响,经过对xPNN-(1-x)PTH压电陶瓷各项性能的测量、数据的分析,我们得到的结论如下:xPNN-(1-x)PTH压电陶瓷随着PNN含量的增加,相对介电常数ε330、介电损耗tanδ、剩余极化强度Pr、压电常数d33、机电耦合系数Kp都先增大到最大值后减小,其中xPNN-(1-x)PTH压电陶瓷在准同型相界时各性能达到最大值为:ε330=3800、 tanδ=2%、 Pr=35.1mC/cm2、d33=795pC/N、Kp=0.7128。居里温度与PNN含量x呈线性关系,随着x的增加居里温度Tc从x=0.25时的Tc=225℃逐渐变小直到x=0.33时的Tc=191℃;随着PNN含量x的增加,矫顽电场强度Ec逐渐减小,在x=0.25时取得9.53KV/cm和x=0.33时取得6.18KV/cm。
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