组分梯度变化PZ-PT-PZN陶瓷的制备及性能研究

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PbZrO3-PbTiO3-Pb(Zn1/3Nb1/3)O3(PZ-PT-PZN)陶瓷是一种经锌铌酸铅(PZN)改性的锆钛酸铅(PZT)陶瓷,具有良好的介电和铁电性能,在压电传感、铁电制冷、铁电存储上具有良好的应用。此外,PZT95/5(Zr:Ti=95:5)陶瓷在高温铁电相(FR(HT))和低温铁电相(FR(LT))之间的相变处于室温区域,相变时具有高的热释电系数,在非制冷红外探测领域具有良好的应用前景。论文采用放电等离子烧结法制备了致密的0.9PbZrO3-xPbTiO3-(0.1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3陶瓷(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04和0.05),并利用放电等离子烧结技术低温快速致密化的烧结特点,在多组分PZ-PT-PZN陶瓷体系中通过改变烧结体的后续热处理温度和热处理时间,调控陶瓷组分间的扩散,获得组分梯度变化的多组分陶瓷。结合XRD、SEM以及电学性能评价,研究PZ-PT-PZN陶瓷的微观结构与性能之间的关系。得出结论如下:(1)放电等离子烧结法可以制备晶粒细小,接近理论密度的PZ-PT-PZN铁电陶瓷,晶粒平均尺寸低于1mm,陶瓷实际密度达到理论密度的98%以上。(2)在X射线衍射分析中,Ti含量为零的PZ-PT-PZN的衍射峰基本符合PbZrO3正交晶系的衍射峰,属于空间群P2cb。随着陶瓷成分中的Ti含量的增加,陶瓷的晶型向四方相和立方相转变,而且陶瓷晶粒的形貌变好,介电常数、饱和极化强度和剩余极化强度增大,Ti含量的增加对成分、组分之间扩散的促进具有重要的作用。(3)热处理温度和热处理时间对于SPS法烧结后调控组分之间的扩散具有重要的作用,研究发现热处理温度1100℃下热处理1小时,复合陶瓷(AB)(预烧后的组分A与B以1:1的比例混合后烧结)具有较高的介电常数(er=9281)和较低的介电损耗(tanq=0.0252)。
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