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压电陶瓷材料可以实现机械能与电能之间的高效转换,目前已被广泛应用于超声波传感器、超声波马达和超声波震荡器等压电器件中。随着科技的发展,在一些领域,对压电陶瓷的居里温度和温度稳定性都有了更高的要求,本论文以PYN-PZT陶瓷为基础,研究了其机电性能与温度稳定性,设计了一个超声波压电马达,并采用COMSOL Multiphysics软件对其进行模拟仿真。本文制备了未掺杂和Mn掺杂的0.1PYN-0.9PZT陶瓷,测试了其机电性能,采用XRD衍射仪表征了相结构,采用热分析表征了原料的化学反应过程,结果表明:在未掺Mn的陶瓷中,当Zr=47 mol%时,材料化学组成处于MPB上,性能参数如下:εT33/ε0=1757,tanδ=1.66%,d31=188 p C/N,k31=0.36,Qm=70,TC=388℃。在掺Mn的陶瓷中出现了烧绿石相,增加Mn的掺杂量,材料相结构由三方相转变为四方相,当Mn=0.4 wt%时,材料化学组成位于MPB处,性能参数如下:εT33/ε0=1396,tanδ=0.29%,d31=138 p C/N,k31=0.33,Qm=490,TC=376℃。从化学反应过程来看,经煅烧后Mn离子将以三价的形式进入晶格,烧结后很可能依然保持三价的形式。根据所制备的材料,研究了化学组成在MPB附近陶瓷的温度稳定性,采用了温谱斜率值来表征陶瓷的温度稳定性,结果表明:Mn掺杂可以有效提高陶瓷的介电和压电温度稳定性,但并不一定能提高谐振频率温度稳定性,Qm值与谐振频率温度稳定性没有必然的联系,其主要受sE11的影响。当材料相结构由四方相转变为三方相,谐振频率温谱的斜率由正值变为负值,斜率值接近于零的化学组成点位于相界靠近四方相一侧。在化学组成为Mn=0.4 wt%,Zr/Ti=0.48/0.52的陶瓷中获得较好的谐振频率温度稳定性,在-25℃～85℃范围内,谐振频率温谱的斜率值在-3～13 Hz/℃之间,满足超声波压电马达的应用要求。基于以上材料的应用,我们设计一个旋转型超声波马达,并采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对模型进行模态、频域和稳态分析,结果表明:谐振频率的仿真结果与理论计算结果吻合程度高。定子长度增加,谐振频率降低,本论文所设计的马达,定子谐振频率为48189 Hz。拉力作用使得定子的谐振频率增加而压力作用的效果相反。