【摘 要】
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钛酸铅系压电陶瓷材料是高温压电陶瓷材料中的重要组成部分,自发现以来一直受到广大研究者的关注。钛酸铅陶瓷具有较高的居里温度（Tc=490℃）和压电各向异性强等优点,但其也具有烧结性能差、矫顽电场大等缺点,这也极大的限制了它的应用。众多研究者通过元素掺杂和添加组元的方式来对其进行改性,从而提高其压电性能和烧结性能,改性后的钛酸铅系压电陶瓷材料制备的压电器件已在汽车工业、航空航天、无损检测、智能家居、能
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钛酸铅系压电陶瓷材料是高温压电陶瓷材料中的重要组成部分,自发现以来一直受到广大研究者的关注。钛酸铅陶瓷具有较高的居里温度（Tc=490℃）和压电各向异性强等优点,但其也具有烧结性能差、矫顽电场大等缺点,这也极大的限制了它的应用。众多研究者通过元素掺杂和添加组元的方式来对其进行改性,从而提高其压电性能和烧结性能,改性后的钛酸铅系压电陶瓷材料制备的压电器件已在汽车工业、航空航天、无损检测、智能家居、能量收集、国防军事等领域获得了广泛的应用。在此背景下,本文围绕钛酸铅系压电陶瓷材料及器件开展了以下的工作:（1）通过掺杂镧元素,改善了Pb(Ti0.99Mn0.01)O3陶瓷的烧结性能和电学性能;（2）探究了在准同型相界区,PbTiO3含量对BSPT压电陶瓷性能的影响;（3）引入Bi(Mn1/2Ti1/2)O3组元,降低了BSPT材料的介电损耗;（4）利用高温共烧技术制备出了高温多层压电陶瓷叠堆。具体内容如下:（1）利用固相烧结法制备了Pb（1-2x/3）Lax(Ti0.99Mn0.01)O3压电陶瓷,镧掺杂提高了此压电陶瓷的压电性能,改善了其烧结性能,但也使其居里温度不断下降,逐渐失去了在高温下工作的性能。Pb（1-2x/3）Lax(Ti0.99Mn0.01)O3（x=0.005和x=0.045）压电陶瓷的高温性能良好,在高温压电传感器中具有十分重要的应用潜力。（2）利用固相烧结法制备了BSPT压电陶瓷,通过调节PbTiO3的含量,制备的0.357BiScO3-0.643PbTiO3压电陶瓷展现出了最佳的压电和铁电性能,其压电常数d33=501pC/N,剩余极化强度Pr=48.8μC/cm~2,矫顽场Ec=28.61 kV/cm,在35 kV/cm电场下的应变为0.23%,居里温度Tc=455℃,并且具有较好的高温稳定性。在大行程高精度高温压电致动领域具有十分重要的应用价值。另外掺入Bi(Mn1/2Ti1/2)O3组元,使0.357BiScO3-0.643PbTiO3的介电损耗显著降低,0.04BMT-0.353BS-0.643PT的介电损耗下降到了0.57%,表明使用该材料可减少材料内部的发热,可在大功率机电器件中应用。（3）通过高温共烧技术将0.357BiScO3-0.643PbTiO3陶瓷与银钯电极进行共烧,制备出的多层压电陶瓷叠堆长约5 mm,宽约5 mm,高约3 mm,陶瓷层的厚度约为65μm,层数为35层。该多层压电陶瓷叠堆在30-200℃温度范围内均表现出了良好的压电性能和机械性能,在200℃下施加150 V电压（约为23 kV/cm）时可产生2.98μm的位移,使得该高温多层压电陶瓷叠堆在高温和高精度等致动领域具有广阔的应用前景。本文以钛酸铅系陶瓷的改性研究为核心,并将其中高居里温度和高应变的陶瓷材料用于制备高温多层器件来验证材料的性能,以此来进一步拓展其高温应用。本课题内容对于钛酸铅系陶瓷的性能调控和高温多层压电器件的研究具有一定的借鉴意义。
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