【摘 要】
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多层压电陶瓷致动器是一种以压电陶瓷为核心材料、逆压电效应为原理制备的驱动器件,广泛应用于商用涡轮、发动机、精密机床等各种领域。随着航空航天、石油等行业的发展,对致动器的工作温度也提出了越来越高的要求。BiScO3-PbTiO3（BS-PT）压电陶瓷在其准同型相界（MPB）附近表现出优异的压电性能(d33=460 p C/N,kp=0.56)和高居里温度（TC=450℃）,可用于制备在高温环境中使用
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多层压电陶瓷致动器是一种以压电陶瓷为核心材料、逆压电效应为原理制备的驱动器件,广泛应用于商用涡轮、发动机、精密机床等各种领域。随着航空航天、石油等行业的发展,对致动器的工作温度也提出了越来越高的要求。BiScO3-PbTiO3（BS-PT）压电陶瓷在其准同型相界（MPB）附近表现出优异的压电性能(d33=460 p C/N,kp=0.56)和高居里温度（TC=450℃）,可用于制备在高温环境中使用的多层致动器,因此受到研究者们的广泛关注。在此背景下,本文围绕BS-PT压电陶瓷开展了三个部分的工作:（1）在BS-PT压电陶瓷中引入第三组元CaTiO3（CTO）,进一步提高了BS-PT陶瓷的电学性能;（2）在BS-PT压电陶瓷中加入CuO助烧剂,降低了BS-PT陶瓷的烧结温度;（3）利用低烧结温度的BS-PT基压电陶瓷材料与Ag电极共烧制备出多层压电陶瓷致动器,该致动器可在高温环境中正常使用。具体内容如下:（1）利用固相反应法制备出（1-x）（0.364BS-0.636PT）-x CTO（x=0-0.03）压电陶瓷,CTO的引入提高了BS-PT陶瓷的铁电和压电性能并在x=0.01处获得最佳值。0.99（0.364BS-0.636PT）-0.01CTO陶瓷的压电常数d33=475 p C/N,剩余极化强度Pr=42?C/cm~2,居里温度TC=429℃,在室温至350℃的温度范围内始终具有优异的压电性能,有望在高温传感器和致动器中得到应用。（2）CuO的添加有效地降低了BS-PT压电陶瓷的烧结温度。在制备的0.367BS-0.633PT-x CuO（x=0.1-0.5wt%）压电陶瓷体系中,930℃烧结的0.367BS-0.633PT-0.3wt%CuO陶瓷材料具有最优的电学性能,压电常数d33=362 p C/N,剩余极化强度Pr=21.1μC/cm~2,应变=0.26%,居里温度TC=454℃,在200℃退火后测得的压电常数d33=333p C/N,非常适合与Ag电极共烧制备可以在高温环境中使用的多层压电陶瓷致动器。（3）利用低温共烧技术,将0.367BS-0.633PT-0.3wt%CuO陶瓷与Ag电极在930℃共烧制备出多层压电陶瓷致动器。致动器层数为95层,长度为5 mm,宽度和高度均为4.3 mm,单片压电层陶瓷层的厚度约为44.4μm。在温度为室温和200℃时,致动器在200 V的驱动电压下产生的应变值分别为0.13%和0.16%,有望在高温器件领域得到应用。本文在BS-PT陶瓷的基础上,通过引入第三组元进一步改进了其电学性能,还通过添加助烧剂的方法成功降低其烧结温度,并制备了可在高温下使用的驱动器件,对于BS-PT陶瓷的性能调控和在器件上的应用具有一定的借鉴意义。
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