Sr取代量对PMNS-PZT压电陶瓷的影响.docVIP

窗体顶端 窗体底端 Sr取代量对PMNS-PZT压电陶瓷的影响 　　超声波电机用压电材料一般工作于高场强、高频振动条件下，要求压电陶瓷材料具有较高的压电常数d33、高的机电耦合系数kp、高的机械品质因数Qm和低的介质损耗tanδ等性能。实际上，很难有一种压电陶瓷材料能同时满足以上所有要求。 Pb(Mn1/3Sb2/3)O3和Pb(Mn1/3Nb2/3)O3是文献报道最常用的提高功率特性的驰豫铁电体组元。锑锰锆钛酸铅Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-Pb(ZrTi)O3(简称PMS-PZT)是一种kp和Qm同时高，且其它性能非常稳定，但烧结温度比较高(≥1250)，且d33偏低的三元系压电陶瓷。铌锰锆钛酸铅Pb(Mn1/3 Nb2/3)O3-Pb(ZrTi)O3(简称PMnN-PZT)系陶瓷具有较高的kp和Qm，但居里点比较低，因此限制了其使用范围。笔者研究把PMS和PMnN一起引入PZT基体中，有望得到具有较高压电活性和较高机械品质因数的Pb(Zr0.505Ti0.495)0.95(Mn1/3Nb1/3Sb1/3)0.05O3(简称PMNS-PZT)四元系压电陶瓷体系，以满足现在电子器件大功率小型化的要求。 对于PMNS-PZT四元系压电陶瓷研究比较少，关于Sr2+取代对四元系压电陶瓷结构和电学性能影响的报道更少。目前对于PZT基复杂B位钙钛矿结构的制备来说，铌铁矿先驱体合成法是避免产生焦绿石相的有效方法。笔者采用了铌铁矿先驱体合成法制备了Pb1_xSrx(Zr0.505Ti0.495)0.95(Mn1/3Nb1/3Sb1/3)0.05O3(其中x=0.01，0.02，0.03和0.04)样品，考察了Sr取代对PMNS-PZT四元系陶瓷结构和性能的影响，并对实验结果进行了分析和解释。 1 实验 采用铌铁矿先驱体法制备了Pb1-xSrx(Zr0.505Ti0.495)0.95(Mn1/3Nb1/3Sb1/3)0.05O3(简称PMNS-PZT，其中x=0.01，0.02，0.03和0.04)样品，考察了Sr取代对PMNS-PZT四元系陶瓷结构和性能的影响。选用分析纯的MnCO3、Sb2O3、MnO2、Nb2O5，首先合成出MnSb2O3和MnNb2O6先驱体；将获得的先驱体再与Pb3O4、ZrO2、SrCO3和TiO2按照配方称量，球磨4h，然后预烧至900保温2 h。预烧后的粉末以200 MPa压制成直径14 mm，厚度1 mm的圆片，在1250烧结2 h。为防止高温烧结时Pb气氛的挥发，采用PbZrO3作为垫片。 　　用Rigaku D/MAX—III X射线(CuKα)衍射仪测试了烧结后样品的晶体结构。然后将样品的两个表面磨平、抛光、被银电极，在120硅油中以(30～40)×103V/cm的电压极化15 min。采用基于IEEE标准的HP4294A精密LCR阻抗分析仪的谐振-反谐振法测试了样品的压电性能。平面机电耦合系数kp、Qm通过公式，从所测得的谐振和反谐振频率以及谐振阻抗计算得出。样品的d33采用中科院声学所的的ZJ—3型准静态d33测试仪测得。样品的电滞回线通过基于标准Sawyer-Tower电路的Radiant precision workstation在室温下测得。 2 结果与讨论 2.1 Sr取代对PMNS-PZT压电陶瓷相结构的影响 　　图1为不同sr取代量时PMNS-PZT陶瓷样品的XRD谱。 　　图1(b)～(d)为不同Sr取代量时PMNS-PZT陶瓷样品在2θ=37°～40°，43°～46°和54°～57°之间的XRD窄区谱。可以看出，所研究的系列样品均形成了完全钙钛矿(ABO3)型固溶体结构，没有其它杂相产生。图1显示，当Sr的取代量小于2％时，随着Sr取代量的增加，衍射峰向高角度方向略有移动，表明随Sr取代量的增加，品面间距减小。当Sr的取代量大于2％时，衍射峰突然向小角度方向移动，品面间距增大，这是由于样品晶体结构的对称性发生变化所致。 　　由图1中衍射峰的变化情况可以看出，当Sr的取代量小于2％时，在衍射角20=38°附近存在宽化的(111)单峰，在20=44°附近存在很明显的(002)和(200)双峰，在20=54°附近存在(112)和(211)双峰，表明样品具有三方-四方共存的钙钛矿结构：随着Sr取代量的增加，20=38°附近宽化的(111)单峰分裂成非常明显的(003)和(021)衍射双峰，2θ=44°附近的(002)和(200)衍射双峰合并成(202)单峰，54°附近的(112)和(211)衍射双峰合并成(122)单峰，表明此时样品的晶体结构为三方相；这就表明当Sr的取代量小于4％时，样品一直具有三方相与四方相共存的结构，只是四方相越来越少，三方相越来越多而已。当Sr的取代量等于4％