先驱体法制备锆钛酸铅基压电陶瓷的工艺和性能的研究

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该文借助XRD、SEM、BET等分析手段研究了B位先驱体法制备PZT基陶瓷的反应机理和工艺过程,制备了PZT/ZrO<,2>复合材料,研究了ZrO<,2>的引入对材料力学性能和压电性能的影响.采用双先驱体工艺制备了掺Sr<2+>(Ba<2+>)的三元系PMS-PZ-PT压电陶瓷,研究了组成、相结构、性能之间的关系.采用先驱体法合成PZT固溶体时,ZT与PbO反应直接生成PZT相,过程中没有PbTiO<,3>或PbZrO<,3>中间相的生成.反应过程中生成亚稳态的A位缺Pb的钙钛矿PZT中间相.ZT与PbO反应的快慢由pb<2+>在已生成PZT中扩散的快慢控制,符合Jander固相反应模型.该方法借助传统的球磨工艺,可以实现了亚微米级粉体的制备.使用借助B位先驱体法合成的亚稳态钙钛矿PZT,制备了细晶PZT/ZrO<,2>复合材料.在ZrO<,2>含量为0~8mol%的范围内,随着ZrO<,2>含量的增加,材料的力学性能提高,而ZrO<,2>含量小于等于4mol%时,复合陶瓷材料的介电和压电性能基本保持不变.力学性能的提高主要是由于烧结冷却过程中位于晶粒内的ZrO<,2>程中发生单斜相到四方相的转变,在相变过程中的体积膨胀对晶界产生压应力,起到了强化晶界的作用.分别采用共沉淀法和固相法制备A位先驱体和B位先驱体,通过双先驱体法制备Pb<,1-x>Sr<,x>(Mn<,1/3>Sb<,2/3>)<,a>Zr<,b>Ti<,c>O<,3>和Pb<,1-x>Ba<,x>(Mn<,1/3>Sb<,2/3>)<,a>Zr<,b>Ti<,c>O<,3>压电陶瓷.随着Sr<2+>(Ba<2+>)取代量的增加,相界向富锆方向移动,并改善了相界附近组分的压电性能和介电性能.与传统的固相合成制备工艺相比,先驱体法制备的陶瓷具有优良的压电性能,所得样品的综合性能为:ε=1791,tan δ=0.0035,d33=454×10<-12>C·N<-1>,kp=0.61.研究表明,部分化学法制备陶瓷的组分比传统工艺制备陶瓷的组分更均匀,因此提高了陶瓷的压电性能和介电性能.
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