Zn/Li摻雜PZT-PZN-PNN壓電陶瓷的研究
發(fā)布時(shí)間：2021-08-03 02:19
采用傳統(tǒng)固相合成法制備了Zn/Li摻雜的0.83Pb（Zr1/2Ti1/2）O3-0.11Pb（Zn1/3Nb2/3）O3-0.06Pb(Ni1/3Nb2/3)O3（PZT-PZN-PNN）壓電陶瓷,研究了不同含量的Zn/Li添加量對陶瓷的相結(jié)構(gòu)、顯微組織和電性能的影響。結(jié)果表明,隨著Zn/Li摻雜量的增加,相結(jié)構(gòu)由三方相向四方相轉(zhuǎn)變;介電常數(shù)εr、壓電常數(shù)d33和機(jī)電耦合系數(shù)kp均先增大后減小,而介電損耗tanδ和機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm呈先減小后增大的趨勢;當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)w（Zn/Li）=1%時(shí),該壓電陶瓷的綜合性能最佳,即d33=513pC/N,kp=0....
【文章來源】：壓電與聲光. 2017,39(06)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
圖３ＰＺＮＮＴ－ＺＬ壓電陶瓷斷面的ＳＥＭ照片
大后減小的趨勢。當(dāng)ｗ（ＺＬ）＝１％時(shí)，εｒ＝１６９４，且此時(shí)極化后的數(shù)值大于極化前，這是由于ＰＺＮＮＴ－ＺＬ陶瓷晶體結(jié)構(gòu)由四方相轉(zhuǎn)變?yōu)槿较�，此處為兩相共存區(qū)，且以三方相為主，兩相共存區(qū)有１４個(gè)可能極化的方向［１３－１４］，有利于電疇的取向，因而極化強(qiáng)度和εｒ較高。此外，極化后的ｔａｎδ均大于極化前的值，且隨著ＺＬ摻雜量的增加，呈先減小后增大的趨勢，當(dāng)ｗ（ＺＬ）＝１％時(shí)，ｔａｎδ最校圖４ＰＺＮＮＴ－ＺＬ壓電陶瓷極化前、后的介電性能圖５為９２０℃燒結(jié)下不同ＺＬ摻雜量陶瓷樣品的壓電性能。由圖可看出，組分中ＺＬ含量對其壓電性能影響顯著。隨著ＺＬ含量的增加，在ｗ（ＺＬ）＝１％時(shí)，ｄ３３和ｋｐ先增大后減少，最大ｄ３３＝５１３ｐＣ／Ｎ，ｋｐ＝０．６３５。此處出現(xiàn)兩相共存區(qū)，且以三方相為主，可能極化的方向增加，電疇更易偏轉(zhuǎn)，８９１第６期李俊慧等：Ｚｎ／Ｌｉ摻雜ＰＺＴ－ＰＺＮ－ＰＮＮ壓電陶瓷的研究
極化較充分［１５］。而Ｑｍ呈先減小后增大的趨勢，Ｑｍ下降是由于摻雜后發(fā)生畸變，局部應(yīng)力阻礙了粒子振動。圖５ＰＺＮＮＴ－ＺＬ壓電陶瓷的壓電性能圖６為ＰＺＮＮＴ－ＺＬ陶瓷的電滯回線。由圖可見，隨著ＺＬ摻雜量的增加，ＰＺＮＮＴ－ＺＬ陶瓷的剩余極化強(qiáng)度Ｐｒ先增加后降低，當(dāng)ｗ（ＺＬ）＜１％時(shí)，Ｐｒ從未添加時(shí)的３１．９μＣ／ｃｍ２增加到ｗ（ＺＬ）＝１％時(shí)的３６．５μＣ／ｃｍ２，之后隨著ＺＬ含量的進(jìn)一步增加而下降。由圖２可知，在ｗ（ＺＬ）＝１％～１．５％時(shí)，陶瓷材料處于三方相與四方相共存的區(qū)域，共有１４個(gè)可能極化的方向，這些自發(fā)極化矢量均可在宏觀極化時(shí)有機(jī)會啟動參與到疇壁的轉(zhuǎn)向過程中來，因此，材料表現(xiàn)出相對較高的極化率和Ｐｒ。當(dāng)ｗ（ＺＬ）＞１．５％時(shí)，材料離開兩相共存區(qū)，轉(zhuǎn)變?yōu)閱我蝗较鄷r(shí)，由于可啟動的自發(fā)極化數(shù)量的減少，導(dǎo)致Ｐｒ下降［１６－１７］。由圖２還可看出，隨著陶瓷的平均晶粒尺寸減小，小晶粒中因?yàn)榫Ы鐚Ξ牨谶\(yùn)動的阻礙作用較大，不利于疇壁的運(yùn)動。當(dāng)ｗ（ＺＬ）＝１％時(shí)，陶瓷的鐵電性表現(xiàn)很好。研究表明，密度越大、微觀組織結(jié)構(gòu)缺陷越少，其性能越佳，說明通過ＺＬ摻雜改性改善陶瓷結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步優(yōu)化性能。圖６９２０℃燒結(jié)溫度下各組分的電滯回線３結(jié)論１）適當(dāng)加入Ｚｎ／Ｌｉ能將Ｐｂ（Ｚｒ１／２Ｔｉ１／２）Ｏ３－Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３陶瓷的燒結(jié)溫度從１０００
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Co2O3摻雜對Pb(Ni1/3Nb2/3)（Zr,Ti）O3壓電陶瓷電學(xué)性能及介電弛豫的影響[J]. 彭貴貴,鄭德一,胡順敏. 硅酸鹽學(xué)報(bào). 2016(03)
[2]從PZT體系看無鉛壓電陶瓷的可能應(yīng)用[J]. 李靈芝,肖定全,朱建國,余萍,賃敦敏,鄢洪建. 壓電與聲光. 2004(06)
碩士論文
[1]助燒劑對(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3陶瓷材料燒結(jié)溫度和電學(xué)性能的影響[D]. 謝雪珂.陜西師范大學(xué) 2016
[2]BMT-PT基高溫壓電陶瓷的制備及其性能研究[D]. 晁波.陜西師范大學(xué) 2014
[3]PNN-PZT壓電陶瓷材料的低溫?zé)Y(jié)特性研究[D]. 高磊.華中科技大學(xué) 2012
本文編號：3318727
【文章來源】：壓電與聲光. 2017,39(06)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
圖３ＰＺＮＮＴ－ＺＬ壓電陶瓷斷面的ＳＥＭ照片
大后減小的趨勢。當(dāng)ｗ（ＺＬ）＝１％時(shí)，εｒ＝１６９４，且此時(shí)極化后的數(shù)值大于極化前，這是由于ＰＺＮＮＴ－ＺＬ陶瓷晶體結(jié)構(gòu)由四方相轉(zhuǎn)變?yōu)槿较�，此處為兩相共存區(qū)，且以三方相為主，兩相共存區(qū)有１４個(gè)可能極化的方向［１３－１４］，有利于電疇的取向，因而極化強(qiáng)度和εｒ較高。此外，極化后的ｔａｎδ均大于極化前的值，且隨著ＺＬ摻雜量的增加，呈先減小后增大的趨勢，當(dāng)ｗ（ＺＬ）＝１％時(shí)，ｔａｎδ最校圖４ＰＺＮＮＴ－ＺＬ壓電陶瓷極化前、后的介電性能圖５為９２０℃燒結(jié)下不同ＺＬ摻雜量陶瓷樣品的壓電性能。由圖可看出，組分中ＺＬ含量對其壓電性能影響顯著。隨著ＺＬ含量的增加，在ｗ（ＺＬ）＝１％時(shí)，ｄ３３和ｋｐ先增大后減少，最大ｄ３３＝５１３ｐＣ／Ｎ，ｋｐ＝０．６３５。此處出現(xiàn)兩相共存區(qū)，且以三方相為主，可能極化的方向增加，電疇更易偏轉(zhuǎn)，８９１第６期李俊慧等：Ｚｎ／Ｌｉ摻雜ＰＺＴ－ＰＺＮ－ＰＮＮ壓電陶瓷的研究
極化較充分［１５］。而Ｑｍ呈先減小后增大的趨勢，Ｑｍ下降是由于摻雜后發(fā)生畸變，局部應(yīng)力阻礙了粒子振動。圖５ＰＺＮＮＴ－ＺＬ壓電陶瓷的壓電性能圖６為ＰＺＮＮＴ－ＺＬ陶瓷的電滯回線。由圖可見，隨著ＺＬ摻雜量的增加，ＰＺＮＮＴ－ＺＬ陶瓷的剩余極化強(qiáng)度Ｐｒ先增加后降低，當(dāng)ｗ（ＺＬ）＜１％時(shí)，Ｐｒ從未添加時(shí)的３１．９μＣ／ｃｍ２增加到ｗ（ＺＬ）＝１％時(shí)的３６．５μＣ／ｃｍ２，之后隨著ＺＬ含量的進(jìn)一步增加而下降。由圖２可知，在ｗ（ＺＬ）＝１％～１．５％時(shí)，陶瓷材料處于三方相與四方相共存的區(qū)域，共有１４個(gè)可能極化的方向，這些自發(fā)極化矢量均可在宏觀極化時(shí)有機(jī)會啟動參與到疇壁的轉(zhuǎn)向過程中來，因此，材料表現(xiàn)出相對較高的極化率和Ｐｒ。當(dāng)ｗ（ＺＬ）＞１．５％時(shí)，材料離開兩相共存區(qū)，轉(zhuǎn)變?yōu)閱我蝗较鄷r(shí)，由于可啟動的自發(fā)極化數(shù)量的減少，導(dǎo)致Ｐｒ下降［１６－１７］。由圖２還可看出，隨著陶瓷的平均晶粒尺寸減小，小晶粒中因?yàn)榫Ы鐚Ξ牨谶\(yùn)動的阻礙作用較大，不利于疇壁的運(yùn)動。當(dāng)ｗ（ＺＬ）＝１％時(shí)，陶瓷的鐵電性表現(xiàn)很好。研究表明，密度越大、微觀組織結(jié)構(gòu)缺陷越少，其性能越佳，說明通過ＺＬ摻雜改性改善陶瓷結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步優(yōu)化性能。圖６９２０℃燒結(jié)溫度下各組分的電滯回線３結(jié)論１）適當(dāng)加入Ｚｎ／Ｌｉ能將Ｐｂ（Ｚｒ１／２Ｔｉ１／２）Ｏ３－Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３陶瓷的燒結(jié)溫度從１０００
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Co2O3摻雜對Pb(Ni1/3Nb2/3)（Zr,Ti）O3壓電陶瓷電學(xué)性能及介電弛豫的影響[J]. 彭貴貴,鄭德一,胡順敏. 硅酸鹽學(xué)報(bào). 2016(03)
[2]從PZT體系看無鉛壓電陶瓷的可能應(yīng)用[J]. 李靈芝,肖定全,朱建國,余萍,賃敦敏,鄢洪建. 壓電與聲光. 2004(06)
碩士論文
[1]助燒劑對(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3陶瓷材料燒結(jié)溫度和電學(xué)性能的影響[D]. 謝雪珂.陜西師范大學(xué) 2016
[2]BMT-PT基高溫壓電陶瓷的制備及其性能研究[D]. 晁波.陜西師范大學(xué) 2014
[3]PNN-PZT壓電陶瓷材料的低溫?zé)Y(jié)特性研究[D]. 高磊.華中科技大學(xué) 2012
本文編號：3318727
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