题目：低温烧结PZT-PFW-PMN系压电陶瓷电性能的研究

本文根据大功率多层压电陶瓷变压器对压电陶瓷材料的使用要求，即在较低的烧结温度下具有高的机械品质因数Qm、高的机电耦合系数Kp、高的压电常数d33和低的介质损耗tan ，从烧结工艺、添加助烧剂和掺杂技术等几个方面对四元系Pb(Fe2/3W1/3)O3-Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3（缩写PFW-PMN-PZT）陶瓷进行了研究，以期满足大功率多层压电变压器的使用。
主要内容如下：采用传统固相法制备了PZT-PFW-PMN压电陶瓷。详细地研究了助烧剂Li2CO3、LiSbO3、CuO-PbO、YMnO3和BiFeO3含量变化对陶瓷烧结温度、微观结构及电性能的影响。实验结果表明：当Li2CO3的掺杂量为0.30 wt.%时，陶瓷的烧结温度虽然降到了1020 ˚C，但是压电性能却大幅度恶化，其值分别为：d33=413 pC/N，Kp=0.55，Qm=882，tan =0.0062和Tc=295 ˚C；同样，当LiSbO3的含量为0.10 wt.%时，相比Li2CO3的掺杂，虽使烧结温度降低到930 ˚C，但同时压电性能的恶化更为明显，尤其是Qm更低，其值为698。而CuO-PbO虽能保持较好的电性能，其性能分别为：d33=331 pC/N，Kp =0.56，Qm=1724，tan=0.0055和r=1975，但其烧结温度为1120 ˚C，有一点偏高；而YMnO3和BiFeO3的加入使陶瓷的烧结温度从1200 ˚C降到了1020 ˚C，降了180 ˚C之多，使得陶瓷材料具有比较优良的压电性能。当YMnO3含量为0.30 wt.%时，能有效的促进固溶体的形成，且陶瓷样品具有比较优良的压电性能，其性能为：d33=341 pC/N，Kp=0.57，Qm=1393，tan=0.0053和Tc=304 ˚C。另外，当BiFeO3的含量为0.20 wt.%时，陶瓷晶粒分布趋于均匀，气孔减少，致密性提高，陶瓷获得较好的显微结构，样品的综合性能要比0.30 wt.% YMnO3添加的PFW-PMN-PZT系压电陶瓷性能较优，其性能为：d33=309 pC/N，Kp =0.59，Qm=1551，r=1723， tan=0.0056 和Tc =308 ˚C。
为了进一步降低陶瓷的烧结温度，使其与低含量钯内电极浆料相匹配，降低生产成本，同时能够保持陶瓷良好的压电性能，以满足多层压电陶瓷变压器的工程应用。我们以ZnO为掺杂剂，详细地研究了ZnO含量对四元系PZT-PFW-PMN
-0.20 wt.% BiFeO3压电陶瓷烧结温度、相结构、显微组织的影响和压电性能的改善。实验结果表明：随着ZnO含量的增加，体系的相结构从四方相转变为菱方相，陶瓷晶粒逐渐长大，陶瓷的d33、Kp和Qm均呈先增加后降低，tan呈先下降，随后略有增加。当ZnO的含量为0.10 wt.%时，陶瓷体系的烧结温度从1020 ˚C降到950 ˚C，陶瓷致密，同时具有优良的综合性能，分别是：d33=313 pC/N，Kp =0.56，Qm=1387，r =1384， tan=0.0053和Tc=295 ˚C。因此，PZT-PFW-PMN -0.20 wt.% BiFeO3-0.10 wt.% ZnO四元体系有望成为大功率多层压电陶瓷变压器用的候选材料。