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本文设计并研究了一种新型的掺部分稳定ZrO<,2>的PZT复合韧化陶瓷材料。通过对A位取代在准同型相界处的PZT材料进行Sb<,2>O<,3>掺杂改性,获得了高d<,33>·g<,33>值压电点火材料配方后,添加部分钇稳定ZrO<,2>(简称YSZ)亚微米粉体于改性PZT陶瓷基体中,比较和分析了不同YSZ含量的复合陶瓷的性能与结构。
研究确立具有优良性能的压电点火材料为:Pb<,0.95> Sr<,0.05>(Zr<,0.54> Ti<,0.46>)O<,3>+0.2wt%Sb<,2>O<,3>+0.4wt%YSZ该配方较佳的制备工艺条件为:预烧:845℃,2h烧结: 1230℃,45min极化: 150℃,3kV/mm,15min在此工艺条件下,材料的压电介电性能参数为:ε<,33>/ε<,0>=1433,d<,33>=441×10<-12>C/N, g<,33>=34×10<-3>Vm/N,k<,p>=0.51, Q<,m>=81,tg δ=2.4%,d<,33>·g<,33>=15pC·Vm/N<2>XRD 图谱显示,该配方处于三方.四方相共存的准同型相界区。
研究发现,在改性PZT陶瓷基体中引入YSZ增韧相,YSZ与基体稳定共存,它能影响基体钙钛矿结构三方-四方相的相对含量,使得材料的压电性能有所下降,但降幅不大,仍属于高性能压电点火材料参数的范围。力学实验的结果表明,该复合陶瓷材料的弹性模量较基体略降,但强度、断裂韧性和硬度依次增加了12%、11%和14%。
该YSZ/PZT复合韧化陶瓷既具有高的压电点火性能,其强度和断裂韧性等力学性能又在一定程度上得到了改善。因此,在制备点燃率高,寿命较长,实用性强的压电点火元器件等方面,它将具有很大的应用及开发前景。