2 压电陶瓷材料的制备及表征方法 8

2.1 PMN-PZT压电陶瓷的制备 8

2.2 掺杂CuO的 PMN-PZT压电陶瓷制备 8

2.3压电陶瓷材料的表征方法 8

2.3.1 材料的形貌分析 9

2.3.2 材料的物相及结构分析 9

2.3.3 压电陶瓷材料的电学性能测试 9

2.4小结 10

3．PMN-PZT压电陶瓷及其掺杂CuO的低温烧结改性研究 11

3.1烧结温度对PMN-PZT压电陶瓷的性能影响 11

3.1.1烧结温度对PMN-PZT压电陶瓷形貌影响 11

3.1.2烧结温度对压电常数的影响 12

3.1.3烧结温度对PMN-PZT压电陶瓷应变性能的影响 13

3.2 CuO的掺杂对PMN-PZT压电陶瓷的影响 13

3.2.1 CuO的掺杂对PMN-PZT压电陶瓷结构影响 13

3.2.2 CuO掺杂量对PMN-PZT陶瓷体积密度的影响 14

3.2.3 CuO掺杂对PMN-PZT压电陶瓷微观形貌的影响 15

3.2.4 CuO添加量对PMN-PZT陶瓷应变的影响 16

3.3  0.7wt%CuO掺杂的PMN-PZT压电陶瓷与Ag电极低温共烧情况分析 17

3.4小结 18

4.多层堆叠型压电陶瓷精密驱动器 19

引言 19

4.1 制备过程 19

4.1.1 掺杂CuO的 PMN-PZT压电陶瓷流延生片的制备 19

4.2多层压电陶瓷精密驱动器件工艺参数的改进及研究 21

4.3 精密驱动器件性能测试 22

4.3.1 位移测试 22

4.3.2 推力测试 23

4.4 小结 25

5总结 26

参考文献 29

1  引言

早在十九世纪八十年代人们就发现了压电效应，它是法国科学家在研究石英晶体时率先发现，所谓的正压电效应是当对压电陶瓷施加压力时，由于发生形变从而内部产生电极化，表面出现电荷，可以将机械能转化为电能[2]。之后法国科学家又证实了逆压电效应的存在，与正压电效应相反，当在电介质的极化方向上施加电场，其会发生形变，电场一旦消失，变形也会消失[1,2,3]。本文所研究的多层压电陶瓷精密驱动器件就是利用这种逆压电效应制备的新型驱动元件，给这种元件施加一个电场，其在特定的方向会产生相应的位移并具有一定推力，我们可以通过控制电场强度的方式控制其产生位移的量，其控制精度可达纳米级。其广泛的应用于机床伺服刀头位移控制、激光束偏转器、光学系统、光学斩波器 生物、化学传感器以及微型机器人等方面[4]。然而令人痛心的是多层压电陶瓷驱动器相应市场一直被国外巨头所占领。这一状况严重地制约了我国超精密加工仪器的发展，使得我们必须依靠进口，处处受制于别人。多层压电陶瓷精密驱动器件的发展研究在我国之所以受到阻碍，究其原因在于相应压电陶瓷基础材料的性能与国外有着较大的差距，我们所生产的相应驱动器在位移的线性度、重复性等一些关键指标逊于国外产品。因此，研究高性能低成本压电陶瓷材料以及开发相应多层压电陶瓷精密驱动器件的制备技术成为目前迫切需求。

1.1压电材料的种类

1.1.1无铅压电陶瓷

按照不同的分类方式压电材料种类是比较多的[5]，我们这里主要根据是否含有铅元素去分类，可分为无铅压电陶瓷和铅基压电陶瓷，这样可以明显分出是否为环境友好型材料。1940年前铁电体可分为两类，一类是酒石酸盐，另一类是磷酸二氢钾盐和它的同晶型物[6]。然而这两类压电材料都有其致命的缺点，故而其没有实际应用。直至四十年代后期人们发现钛酸钡是一种压电材料[6]，钛酸钡的发现是压电材料史上的一次飞跃，自此人们明白不仅有压电单晶材料还有压电陶瓷材料。压电陶瓷通过化学式成份进行配比、球磨、烧结等一系列制备过程得到微细晶粒按照无特定排列方式聚集而成的多晶体压电材料。其可以加工成不同的形状，满足任意的尺寸的加工要求。