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压电双晶片在微型机械、微型机器人和微控制器中有着广阔的应用前景。根据双晶片用压电陶瓷是在较大的振动位移的状态下工作的,因此,要求其压电材料应具有高的压电常数d33和机电耦合系数kp及低的机械品质因数Qm和低的介电损耗tanδ。由于Pb(Zr0.48Ti0.52)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3(缩写为PZT-PZN-PNN)体系具有较好的压电性能和良好的烧结特性,本文通过对这个体系进行PZT和PNN组分含量的变化、锆钛比的调整以及加入第五组元PMW等方面的研究,提高了材料体系的压电性能和温度稳定性,获得了能够满足实际应用要求的双晶片用压电陶瓷材料。首先,采用传统固相法制备了不同PZT含量的PZT-PZN-PNN四元系压电陶瓷,随着PZT含量从0.81到0.89的变化过程中,材料的相结构均为四方相且c/a比逐渐增加,表明材料的四方相逐渐加强。同时,随着PZT含量的增加,其谐振电阻Rf和带宽△f逐渐减小,并向高频方向移动。当PZT含量为0.83时,获得了较优的压电性能:d33=477 pC/N,kP=0.71,Qm=98,tanδ=0.0070和εr=2228。另外,在-20℃到+120℃温度变化过程中,随着组分PZT含量的增加,材料的介电常数温度系数△εr/εr25℃逐渐减小,表明其温度稳定性逐渐增强。其次,在PZT含量调整之后,对材料配方中PNN的含量进行了调整。随着PNN含量的增加,材料相结构均为四方相结构,材料的c/a先增大,后减小。随着PNN含量的增加,材料的机电耦合系数kp和压电常数d33先增大后减小,在y=0.36处得到最大值。材料的Qm随着PNN含量的增加而减小。材料在PNN含量为0.36时获得较优的压电性能:d33=527pC/N,kp=0.78,Qm=122,tanδ=0.0060和εr=2465。此时,材料的谐振频率温度系数△fr/fr25℃在120℃时仅为1.50%,综合考虑频率温度稳定性和压电性能,选择PNN摩尔含量为0.36,作为下一步研究的基础。随后,对材料体系的性能随Zr/Ti比变化的规律进行了研究。研究发现:在Zr/Ti比从0.720到1.041变化的过程中,材料相结构均为四方相。当Zr/Ti比接近于1.041时,材料的c/a接近于1,显示此时材料近位于相界附近偏三方相的区域。材料在Zr/Ti比为0.985时获得了性能较佳的材料组成:0.83Pb(Zr0.496Ti0.504)O3-0.17{0.64Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.36Pb(Ni1/3Nb2/3)O3}+0.3wt%CeO2+0.1wt%MnO2。其压电性能分别为:d33=552 pC/N,kp=0.77,Qm=70,tanδ=0.0150和εr=2659。当Zr/Ti=0.985时,材料的△fr/fr25℃在120℃时仅为1.03%,表明此时材料配方具有较好的频率温度稳定性。最后,为进一步提高材料的压电性能和温度稳定性,在材料体系中添加了第五组元PMW,在PMW的添加量z=1.60mol%时,获得了一个电性能和温度稳定性较优的压电陶瓷材料配方体系:0.83Pb(Zr0.480Ti0.520)O3-0.17{0.64Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.36Pb(Ni1/3Nb2/3)O3}+1.60mol%Pb(Mg1/2W1/2)O3+0.3wt%CeO2+0.1wt%MnO2。其压电性能分别为:d33=565pC/N,kp=0.78,Qm=89,tanδ=0.0066和εr=2523。同时,材料的频率温度稳定性达到极小值:当测试温度为120℃时,材料的△fr/fr25℃在120℃时仅为-0.32%,此材料性能可以满足双晶片对压电材料性能的要求。