Pb0.96La0.04(Zr0.55Ti0.45)O3体系压电陶瓷的制备与掺杂改性研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zgm_19780916
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本文采用传统固相法制备了Sb203掺杂的Pb1-yLay(ZrxTi1-x)1-y/4O3(简称PLZT)压电陶瓷。通过X射线衍射对烧结后的陶瓷试样进行物相分析,用扫面电子显微镜(SEM)观察烧结后陶瓷表面的显微结构,并且研究了组成、烧结埋料、保温时间、烧结温度对材料压电介电性能的影响。由实验结果得到适当的Sb203掺杂可以有效提高陶瓷材料的电学性能。粉料的合成温度、烧结制度等工艺在一定程度上也可以提高材料的性能。对于本课题研究的体系,合成温度和保温时间对材料性能的影响尤为显著。烧结埋料是否恰当,直接决定了烧结时主料中铅的挥发程度,铅大量挥发会产生过多的铅空位,从而影响材料的性能。通过研究得出,当锆钛比为Zr/Ti=55/45,锑掺杂量为Sb3+=1.5wt.%,镧掺杂量为La3+=4at.%时,制备工艺:合成温度975℃,烧结温度1280℃,保温时间为2.5h,烧结埋料为合成后的主料,系统综合性能最佳:d33=683pC/N,Kp=0.673,ε33T=3426,tgδ=1.80%,Tc=238℃。最佳配方:Pb0.96La0.04(Zr0.55Ti0.45)0.99O3+1.5wt.%Sb2O3(下面讨论中简写为PLSZT)。上述研究结果在实际生产中有较强的实用意义。此外还研究了以外加方式掺杂Sr2+对PLSZT压电陶瓷材料在准同型晶界附近晶粒形貌、压电介电性能的影响。Sr2+掺杂会影响PLSZT陶瓷准同型相界的位置,使得相界向富锆方向移动,当锆钛比为55.5/44.5时,材料的性能最佳。适量的Sr2+置换Pb2+可以有效促进晶粒的长大,降低材料的气孔率,使致密度增加,加强了陶瓷材料的压电、介电性能,但同时使得材料的居里温度Tc有略微的下降。Sr2+掺杂的陶瓷体的最佳配方为Pb0.96La0.04(Zr.555Ti0.445)0.99O3+1.5wt.%Sb2O3+1.0at.%SrCO3,主要性能参数如下:d33=736pC/N,Kp=0.68,ε33T=3282,tgδ=2.01%, TC=220℃,Pr=34.49μ C/cm2,Ec=9.28KV.cm,材料的压电系数提高,一定程度上扩宽了材料的使用范围。
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