论文部分内容阅读
弛豫铁电体是近年来人们广泛研究的一个热点。它们的共同特征是同等阳离子位置被不同的阳离子所共同占据。典型代表为Pb(B1B2)O3型弛豫铁电体,具有共同的特征:弥散型相变,频率色散,高介电系数、高重复性的电致应变,是用于多层陶瓷电容器、压电传感器、电致伸缩驱动器的主要材料。
本文中所选的Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3(PZN-PZT)三元系压电陶瓷在相界附近具有很高的压电系数,可以在较低的烧结温度下得到致密的陶瓷,在微位移驱动器,精确定位装置和多层陶瓷电容器等领域有广泛的应用前景。为了进一步提高陶瓷材料的压电性能,研究材料结构与性能变化机理,本文中开展了以下三个部分的研究工作:
1.选择三种离子半径不同的镧系元素(La,Nd,Sm)对PZN-PZT陶瓷进行掺杂改性,系统研究掺杂对相结构,显微组织以及介电,压电性能的影响。发现随着掺杂离子半径的减小,材料的性能呈现规律变化:置换位置由A位转向B位,不利于钙钛矿晶格结构的稳定性,对性能的改性作用逐渐降低。焦绿石相生成和比例与掺杂离子的电荷不平衡状态密切相关,在某些应用时,少量焦绿石相的存在是允许的。
2.比较热压烧结和常压烧结工艺对材料的影响。发现热压烧结制得的陶瓷材料结构致密,均匀,性能得到明显改善,以La掺杂PZN-PZT材料的压电系数d33为例,热压烧结样品要比常压烧结提高20%。同时,降低了烧结温度,对材料的实际应用有很大的意义。介电温谱上显示除了铁电-顺电相变温度外,还有两个场致特征温度Tnr(正常-弛豫转变)和Trt(三方-四方相变),并且这两个温度随着La掺杂量的增加而逐渐降低。
3.根据有序无序弛豫理论,根据应用目标,有选择地改变材料B位(Zn/Nb)微区组分,考察相结构,性能以及弥散相变的变化。研究表明,通过B位(Zn/Nb)微区组分调整,有助于PZN-PZT陶瓷材料性能的优化。
4.首次提出,可以通过添加过量ZnO来提高La掺杂PZN-PZT陶瓷性能的观点,用大量实验进行验证,并对其机理进行探讨。该研究尚未见报道。