Pb（Mn<,1/3>Sb<,2/3>）O<,3>-Pb（Zr，Ti）O<,3>基大功率压电陶瓷材料的制备与性能研究

• 作 者: 朱志刚
• 机 构: 中国科学院上海硅酸盐研究所
• 出 处: 中国科学院上海硅酸盐研究所
• 发表日期: 2005年期
• 关键词: PMS-PZT 大功率压电陶瓷 压电变压器 弛豫 电畴 振动速度

　 本课题选择PMS-PZT材料为研究对象，从组分设计、掺杂改性、制备方法、大功率特性等方面对材料的显微结构与性能之间的关系进行系统的研究。
　　首先通过调整PMS含量，考察其显微结构、介电、铁电和压电性能的变化规律。研究表明，在x=0.05时，材料各方面性能最优：d33=360pC/N，Qm=1210，εr=1540，Kp=0.58，tanδ=0.45﹪。在研究中首次发现高PMS含量的材料中存在介电弛豫现象，产生该弛豫现象的原因可能是由于B位组分不均匀产生的弛豫和氧空位缺陷引起的介电弛豫共同作用的结果，电导率测定和氧气氛下的退火实验证明材料中确实存在一定数量的氧空位。
　　系统地研究SiO2掺杂对PMSZ5材料的显微结构、压电和力学性能的影响规律。研究结果表明，随着SiO2含量的增加，电畴的形貌从鱼骨状电畴转变成明暗交替的带状畴，最终形成波纹状畴。材料的压电性能随SiO2掺杂量的增加而减小，材料的断裂强度随着SiO2掺杂量增加而线性增加，材料在SiO2含量为0.4wt﹪时综合性能最佳。研究中还发现SiO2掺杂可以诱导单斜ZrO2的析出，并且其析出量随着SiO2掺杂量的增加而提高。
　　本文讨论了几种压电陶瓷大功率测试常用的测试方法，并使用恒压法对不同烧结温度下的PMSZ5陶瓷以及掺Si和掺Yb的PMSZ5陶瓷进行测量。
　　最后利用本论文研制的PMSZ5材料，成功制备出不同工作频率、不同振动模式、不同器件结构的多层片式自耦合型压电陶瓷降压变压器。这种体积小、不共地的新型降压变压器，降压比在0.16～0.33，效率为92～96﹪，功率密度为15～20W/cm3。