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压电陶瓷是一类广泛应用于电子领域的高技术功能材料,在国民经济和国防工业中发挥着重要的作用。随着技术的进步,电子元器件朝着高温高频领域发展,这对压电陶瓷提出了新的要求。钛酸铅系压电陶瓷因为居里点高、介电常数小、机电各向异性大,很适合应用于高温高频领域。
本论文采用固相烧结法制备了Pb(Mn1/3Sb1/3)03-PbTiO3(PT-PMS)压电陶瓷,系统研究了PT-PMS陶瓷的烧结行为和掺杂改性效果;并以Co2O3掺杂PT-PMS体系为基础,进行了瓷料工厂应用化研究。具体研究内容如下:(1)研究了0～0.75wt.％Co2O3％C掺杂对PT-PMS陶瓷的影响。研究表明:Co离子取代PT-PMS陶瓷B位的钛,产生氧空位,从而对陶瓷电学性能产生显著影响。适量掺杂引起了晶格畸变,改善陶瓷烧结特性,使陶瓷晶粒长大,密度提高。此外,Co2O3掺杂能在不显著降低压电性能及材料居里温度的前提下显著提高机械品质因数。当Co2O3掺杂量为0.65wt.％时,压电陶瓷的机械品质因数Qm为2162,机电耦合系数kt为0.489,kp为O.133,介电常数εT为290,居里温度Tc为325℃。
(2)研究了铅含量过量0～12wt.％对Pbo.88(Lao.6Nd0.4)0.08(Mn1/3Sb2/3)0.02Ti0.98O3陶瓷的影响。研究表明:过量的铅能有效的补偿烧结过程中由于铅挥发导致的铅缺失,从而抑制杂相得生成,有利于得到纯钙钛矿相,对陶瓷的微观结构、电学性能产生显著影响。同时过量铅形成的液相改善陶瓷烧结特性,使陶瓷晶粒长大,密度提高。当铅含量过量8wt.％时,压电陶瓷的机械品质因数Qm为1450,机电耦合系数kt为0.42,kp为0.11,介电常数εT为241,居里温度Tc为326℃。
(3)研究了Co2O3掺杂PT-PMS陶瓷的能阱模滤波器件应用特性。采取的各道工艺完全按照专业生产压电陶瓷厂家工艺流程进行。从测试的综合结果来看,工厂试验样品的性能一般,有一定的滤波能力,但振子的衰耗性能有待提高。通过分析,我们认为,烧结工艺是导致压电性能不佳的主要原因。在本次试验烧结过程中,由于工艺导致的混料不均从而使化学计量比失衡,最终引起了结构的改变,降低了材料性能。
本论文采用固相烧结法制备了Pb(Mn1/3Sb1/3)03-PbTiO3(PT-PMS)压电陶瓷,系统研究了PT-PMS陶瓷的烧结行为和掺杂改性效果;并以Co2O3掺杂PT-PMS体系为基础,进行了瓷料工厂应用化研究。具体研究内容如下:(1)研究了0～0.75wt.％Co2O3％C掺杂对PT-PMS陶瓷的影响。研究表明:Co离子取代PT-PMS陶瓷B位的钛,产生氧空位,从而对陶瓷电学性能产生显著影响。适量掺杂引起了晶格畸变,改善陶瓷烧结特性,使陶瓷晶粒长大,密度提高。此外,Co2O3掺杂能在不显著降低压电性能及材料居里温度的前提下显著提高机械品质因数。当Co2O3掺杂量为0.65wt.％时,压电陶瓷的机械品质因数Qm为2162,机电耦合系数kt为0.489,kp为O.133,介电常数εT为290,居里温度Tc为325℃。
(2)研究了铅含量过量0～12wt.％对Pbo.88(Lao.6Nd0.4)0.08(Mn1/3Sb2/3)0.02Ti0.98O3陶瓷的影响。研究表明:过量的铅能有效的补偿烧结过程中由于铅挥发导致的铅缺失,从而抑制杂相得生成,有利于得到纯钙钛矿相,对陶瓷的微观结构、电学性能产生显著影响。同时过量铅形成的液相改善陶瓷烧结特性,使陶瓷晶粒长大,密度提高。当铅含量过量8wt.％时,压电陶瓷的机械品质因数Qm为1450,机电耦合系数kt为0.42,kp为0.11,介电常数εT为241,居里温度Tc为326℃。
(3)研究了Co2O3掺杂PT-PMS陶瓷的能阱模滤波器件应用特性。采取的各道工艺完全按照专业生产压电陶瓷厂家工艺流程进行。从测试的综合结果来看,工厂试验样品的性能一般,有一定的滤波能力,但振子的衰耗性能有待提高。通过分析,我们认为,烧结工艺是导致压电性能不佳的主要原因。在本次试验烧结过程中,由于工艺导致的混料不均从而使化学计量比失衡,最终引起了结构的改变,降低了材料性能。