烧结温度对PMS-PZT系陶瓷显微结构和压电性能的研究

无机材料学报

烧结温度对PMS-PZT系陶瓷显微结构和压电性能的研究

朱志刚; 李宝山; 李国荣; 张望重; 殷庆瑞

中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050

收稿日期:2004-06-10 修回日期:2004-09-08 出版日期:2005-07-20 网络出版日期:2005-07-20

Sintering Temperature Influence on the Dielectric and Piezoelectric Properties of Pb(Mn_1/3Sb_2/3)O₃-PbZrO₃-PbTiO₃ Ceramics

ZHU Zhi-Gang; LI Bao-Shan; LI Guo-Rong; ZHANG Wang-Zhong; YIN Qing-Rui

State Key Lab of High Performance Ceramics and Superfine microstructure; Shanghai Institute of Ceramics; Chinese Academy of Sciences; Shanghai 200050; China

Received:2004-06-10 Revised:2004-09-08 Published:2005-07-20 Online:2005-07-20

摘要/Abstract

摘要： 研究了不同烧结温度对Pb(Mn_1/3Sb_2/3)O₃-PbZrO₃-PbTiO₃(PMS-PZT)系压电陶瓷显微结构和压电性能的影响.实验结果表明:在1240℃、2h条件下烧结,能获得最优的综合性能:ε_r=1530、d₃₃=374、K_p=0.6、tanδ=0.41%、Q_m=1250,可以满足压电变压器和超声马达等大功率场合下的使用要求.与此同时,当烧结温度为1100-1150℃时,材料仍然具有良好的压电性能:ε_r=1370、d₃₃=348、K_p=0.57、tanδ=0.62%、Q_m=1620(1150℃),因此可以作为中低温烧结的多层器件用厚膜材料.高温显微镜、SEM、TEM和EDS等研究表明,PMS-PZT系陶瓷具有很宽的烧结温度区域,特别是中低温烧结时仍能成瓷并具有高的压电性能,主要是因为PbO和Sb₂O₅在较低烧结温度下(1100℃)能够形成过渡液相促进陶瓷烧结,随着烧结温度的升高,它们能够重新进入晶格形成单一钙钛矿结构.

关键词: 锑锰锫钛酸铅, 压电, 烧结温度, 液相

Abstract: The effects of sintering temperature on the microstructure and piezoelectric properties of
Pb(Mn_1/3Sb_2/3)O₃-PbZrO₃-PbTiO₃ (PMS-PZT) ceramic were investigated. Results show that the optimized properties of ε_r=1530,
d₃₃=374pC/N, K_p=0.6, tanδ=0.41%, Q_m=1250 can be obtained when the ceramic sintered at 1240℃ for 2h, which suit for high-power applications. Meanwhile, the ceramic also possesses
superior characteristics (ε_r=1370, d₃₃=348pC/N, K_p=0.57, tanδ=0.62% and Q_m=1620) for multilayer components and thick-film devices when it sintered at 1150℃.
Results also indicate that PMS-PZT ceramic can be sintered in a wide temperature range. High temperature microscope, SEM, TEM, and EDS
investigation confirm that PbO and Sb_₂O_₅ can form a liquid phase acting as a secondary phase on grain boundaries at lower sintering
temperature, and then enter the crystal lattice to form perovskite structure at higher sintering temperature.

Key words: PMS-PZT, piezoelectric, sintering temperature, liquid phase

中图分类号:

TQ174

朱志刚,李宝山,李国荣,张望重,殷庆瑞. 烧结温度对PMS-PZT系陶瓷显微结构和压电性能的研究[J]. 无机材料学报.

ZHU Zhi-Gang,LI Bao-Shan,LI Guo-Rong,ZHANG Wang-Zhong,YIN Qing-Rui. Sintering Temperature Influence on the Dielectric and Piezoelectric Properties of Pb(Mn_1/3Sb_2/3)O₃-PbZrO₃-PbTiO₃ Ceramics[J]. Journal of Inorganic Materials.

[1]	魏相霞, 张晓飞, 徐凯龙, 陈张伟. 增材制造柔性压电材料的现状与展望[J]. 无机材料学报, 2024, 39(9): 965-978.
[2]	黄建锋, 梁瑞虹, 周志勇. W/Cr共掺杂对CaBi₂Nb₂O₉陶瓷晶体结构及电学性能的影响[J]. 无机材料学报, 2024, 39(8): 887-894.
[3]	王伟明, 王为得, 粟毅, 马青松, 姚冬旭, 曾宇平. 以非氧化物为烧结助剂制备高导热氮化硅陶瓷的研究进展[J]. 无机材料学报, 2024, 39(6): 634-646.
[4]	吕朝阳, 徐勇, 杨久延, 涂广升, 涂兵田, 王皓. MgF₂助剂对MgAl_1.9Ga_0.1O₄透明陶瓷的制备与光学性能的影响[J]. 无机材料学报, 2024, 39(5): 531-538.
[5]	江强, 施立志, 陈政燃, 周志勇, 梁瑞虹. 高于居里温度极化的硬性PZT压电陶瓷的制备及叠层驱动器性能研究[J]. 无机材料学报, 2024, 39(10): 1091-1099.
[6]	彭萍, 谭礼涛. CuO掺杂(Ba,Ca)(Ti,Sn)O₃陶瓷的结构与压电性能[J]. 无机材料学报, 2024, 39(10): 1100-1106.
[7]	邹凯, 张文斌, 关胜, 孙海轶, 彭凯伦, 邹家杰, 李学红, 王成, 冷雨欣, 梁瑞虹, 周志勇. 压电式高温液滴喷射元件研制[J]. 无机材料学报, 2023, 38(8): 987-988.
[8]	冒爱琴, 陆文宇, 贾洋刚, 王冉冉, 孙静. 柔性压电器件及其可穿戴应用[J]. 无机材料学报, 2023, 38(7): 717-730.
[9]	陈长, 赵若伊, 韩少杰, 王焕燃, 杨群, 高彦峰. 纳米晶液相镀膜制备WO₃电致变色薄膜研究和性能优化[J]. 无机材料学报, 2023, 38(11): 1355-1363.
[10]	南博, 臧佳栋, 陆文龙, 杨廷旺, 张升伟, 张海波. 增材制造压电陶瓷研究进展[J]. 无机材料学报, 2022, 37(6): 585-595.
[11]	魏子钦, 夏翔, 李勤, 李国荣, 常江. 钛酸钡/硅酸钙复合生物活性压电陶瓷的制备及性能研究[J]. 无机材料学报, 2022, 37(6): 617-622.
[12]	田俊亭, 李晓兵, 丁伟艳, 聂生东, 梁柱. 软模板法制备高频超声换能器用1-3复合压电材料[J]. 无机材料学报, 2022, 37(5): 507-512.
[13]	王新健, 朱逸璇, 张鹏, 杨文龙, 王挺, 郇宇. (Ba_0.85Ca_0.15)(Ti_0.9Zr_0.1-_xSn_x)O₃无铅压电陶瓷的相结构与压电性能[J]. 无机材料学报, 2022, 37(5): 513-519.
[14]	刘凯, 孙策, 史玉升, 胡佳明, 张庆庆, 孙云飞, 章嵩, 涂溶, 闫春泽, 陈张伟, 黄尚宇, 孙华君. 增材制造压电陶瓷的现状与展望[J]. 无机材料学报, 2022, 37(3): 278-288.
[15]	焦志翔, 贾帆豪, 王永晨, 陈建国, 任伟, 程晋荣. 基于机器学习的BiFeO₃-PbTiO₃-BaTiO₃固溶体居里温度预测[J]. 无机材料学报, 2022, 37(12): 1321-1328.