● 摘要
摘 要
高温压电陶瓷，具有较高的居里温度，在低于居里温度的温度范围内具有较优异的电学性能，能长期工作于高温环境。本文以PbNb2O6基高温压电陶瓷为研究对象，研究了氧化物掺杂和不同制备工艺对陶瓷试样的结构、介电及压电性能的影响规律。结果如下：
(1) 采用传统固相法制备了Pb0.925Ba0.075Nb2O6-0.5wt%TiO2(PBN-T)压电陶瓷，并详细研究了退火对PBN-T陶瓷的结构、介电及压电性能的影响规律。在实验中将退火温度选取为500~800°C，退火时间选取为12~168h，退火气氛选取为空气中无额外Pb2+源、空气中含额外Pb2+源及氮气中含额外Pb2+源。结果表明，陶瓷的电学性能与退火参数密切相关，其中在600°C、氮气中含额外Pb2+源气氛下退火73h的陶瓷试样具有最佳性能，其居里温度为523°C，室温下压电常数为85pC/N，极化试样在500°C热处理后仍具有高的压电常数82pC/N。
(2) 采用传统固相法制备了Pb0.925Ba0.075Nb2O6-0.5wt%TiO2(PBN-T)压电陶瓷，分别在空气、氧气和氮气中进行预烧和烧结。所有陶瓷试样均形成了纯正交铁电相结构。在氮气中烧结的陶瓷试样，X射线衍射峰向高角度移动，晶胞发生收缩。在氮气中预烧或烧结的陶瓷，其晶粒形貌表现为尺寸较均匀的多边形，在氮气中预烧或烧结能起到改善晶粒形貌、细化晶粒的作用。在氧气中烧结能提高陶瓷的居里温度；在氮气中烧结陶瓷的最大介电常数降低、居里温度变小、介电峰发生宽化。
(3) 采用传统固相法制备了Pb0.925Ba0.075Nb2O6-0.5wt%MnO2(PBN-M)压电陶瓷，并详细研究了退火对PBN-M陶瓷的结构、介电及压电性能的影响规律。在实验中将退火温度选取为600°C，退火时间选取为73h，退火气氛选取为空气中无额外Pb2+源、氮气中含额外Pb2+源及氧气中含额外Pb2+源。结果表明，陶瓷的电学性能与退火气氛密切相关，其中在600°C、氧气中含额外Pb2+源气氛下退火73h的陶瓷试样具有最佳性能，陶瓷介电损耗降低，最大介电常数为10621，居里温度为520°C，平面机电耦合系数为0.3328，机械品质因数为12。
(4) 采用热压烧结法制备了Pb0.925Ba0.075Nb2O6-0.5wt%TiO2(PBN-T)压电陶瓷，详细研究了烧结温度、压力大小、烧结时间对PBN-T陶瓷的结构、介电及压电性能的影响规律。结果表明，在保温阶段，压头位移不变，即保温时间增加不会增大陶瓷的体密度；体密度的值取决于压力的大小。体密度曲线表明，压力达到1.2t(即16.1MPa)时，体密度达到6.40g/cm3以上；压力继续增大，体密度基本不变。与常规烧结相比，热压烧结提高了陶瓷的致密性。在1245°C抽真空不加压时，陶瓷晶粒不规则，大小不均匀，表面存在气孔，平均晶粒尺寸为9.3μm；在1255°C热压烧结时，陶瓷的致密度得到提高，陶瓷的闭气孔减少，但晶粒较大。陶瓷在压力大于0.8t(即10.7MPa)、小于1.5t(即19.4MPa)区间内时可得到致密性良好、形貌较均匀的陶瓷试样。
关键词：压电陶瓷，偏铌酸铅，压电性能，退火，热压烧结
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