硬性BSPT基高温压电陶瓷温度稳定性研究

迟文潮,鲜晓军,冯小东,李瑞峰,彭胜春,刘振华,曾祥明

(中国电子科技集团公司 第二十六研究所,重庆 400060)

0 引言

压电材料因其特有的压电效应而被广泛应用于超声换能器、传感器和制动器等各类器件[1-3]。在众多压电材料中,钪酸铋-钛酸铅(BiScO3-PbTiO3,BS-PT)具有高压电常数、高居里温度及在高温环境下保持良好的压电性能稳定等特点,广泛应用于航空航天、能源采集和高温检测等领域[4]。纯BS-PT高温压电陶瓷的机械品质因数(Qm)仅为28,限制了其在大功率器件中的应用[5]。研究表明,受主掺杂、元素分布和晶粒尺寸调控等方式可有效提高陶瓷的Qm[6-7]。Zhang等[8]报道了掺杂Mn元素不仅可以提高BS-PT高温压电陶瓷的Qm,而且可以降低介电损耗。Chen等[9]对掺杂Mn元素做进一步研究发现,Mn含量(摩尔分数)为3%的BSPT64高温压电陶瓷的Qm可达到134。然而多数研究仅关注了压电常数的温度稳定性,对其硬化后的Qm研究较少[10]。因此,探究固相法制备硬性BS-PT高温压电陶瓷Qm的温度稳定性,对于促进BS-PT高温压电陶瓷在大功率压电器件中的应用具有重要价值。

本文通过烧结温度对硬性0.15BiScO3-0.85(Pb0.88Bi0.08)(Ti0.97Mn0.03)O3(BSPT-Mn)高温压电陶瓷的相结构、晶粒尺寸和元素分布进行调控。在此基础上进一步探究了相结构、晶粒尺寸和元素分布对陶瓷Qm温度稳定性的影响,最后对具有最高Qm的BSPT-Mn压电陶瓷进行了变温压电性能测试分析。

1 实验过程

采用固相合成法在烧结温度1 125～1 175 ℃下制备了BS-PT高温压电陶瓷。采用Bi2O3(纯度为99.9%)、Sc2O3(纯度为99.99%)、PbO(纯度为99.9%)、TiO2(纯度为99.99%)、MnCO3(纯度为99.99%)粉末为原材料,并按照化学计量比称量。……