張群飛，馬金明，肖長(zhǎng)江，栗正新

（河南工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，鄭州450001）

1 前言

弛豫鐵電材料由于其非常大的壓電響應(yīng)和獨(dú)特的介電行為而受到廣泛關(guān)注。在含鉛復(fù)合鈣鈦礦中發(fā)現(xiàn)了彌散相變和大頻率色散的弛豫行為。在過(guò)去的幾十年中，對(duì)由正常和弛豫鈣鈦礦鐵電體組成的鉛基固溶體的各種相變和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)研究[1]。而鈮鎂酸鉛- 鈦酸鉛(PMN-PT)陶瓷具有高介電常數(shù)和高靜電應(yīng)變以及低磁滯現(xiàn)象，因此在多層陶瓷和致動(dòng)器應(yīng)用中受到廣泛關(guān)注[2-4]。此外，它是多層陶瓷中鈦酸鋇的一種有吸引力的替代品，因?yàn)樗梢栽诒肉佀徜^更低的燒結(jié)溫度下燒結(jié)，并且致動(dòng)器中的壓電陶瓷在室溫下顯示出較高的介電常數(shù)[5]。

鉛基(Mg1/3Nb2/3)O3(PMN)材料制備過(guò)程中的主要問(wèn)題是出現(xiàn)各種不良的焦綠石相，焦綠石相的存在會(huì)嚴(yán)重阻礙材料性能的發(fā)揮與提高，導(dǎo)致其介電損失較大，介電性能下降。為了獲得高性能，材料必須是較純的鈣鈦礦晶相，很少或沒(méi)有焦綠石相。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

根據(jù)計(jì)算得出摩爾比MgO:Nb2O5=1:1，用天平稱(chēng)量出各自所需樣品質(zhì)量。稱(chēng)量時(shí)先對(duì)所需質(zhì)量較高的Nb2O5稱(chēng)量，后加入MgO。將稱(chēng)量好的MgO 與Nb2O5移入事先洗好的研缽中，在研缽中加入少量無(wú)水乙醇，然后進(jìn)行研磨，直至粉末研磨均勻，將樣品放入小坩堝中，并放入保溫箱中110 ℃保溫4 小時(shí)。將上述所得到的粉末放入爐中燒結(jié)，采用3 ℃/min 升溫速率，在1100 ℃下保溫4個(gè)小時(shí)，使Nb2O5和MgO 充分反應(yīng)，得到后續(xù)所需的前驅(qū)體MgNb2O6。將所得的前驅(qū)體粉末MgNb2O6倒入事先準(zhǔn)備的研缽中，加入少量無(wú)水乙醇進(jìn)行二次濕磨。研磨后，將樣品放于小坩堝中，放入干燥箱中，于110 ℃保溫4 小時(shí)，使樣品充分干燥，之后將烘干的樣品粉末放入粉體袋中，以備后用。將上述合成的前驅(qū)體粉末MgNb2O6進(jìn)行X 射線(xiàn)衍射，得出的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

將制備好的MgNb2O6、Pb3O4、TiO2按照事先算好的比例依次稱(chēng)量，加入到研缽中，之后加入適量無(wú)水乙醇，進(jìn)行研磨。在充分研磨至樣品分布均勻，將所得粉體放入洗凈的小坩堝中，置于烘箱中110 ℃烘干4h。將上述步驟中得到的混合樣品放入坩堝中，為了保證樣品的純度，選用一個(gè)大的坩堝將其罩住，這樣既能使樣品反應(yīng)充分，還能減少Pb 的揮發(fā)。之后將樣品放入爐中，采用3 ℃/min 升溫進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)完成后，隨爐冷卻得到0.8PMN-0.2PT 粉體。

2.2 樣品表征

采用X 射線(xiàn)衍射儀（XRD,D8 Advance，Bruker，Cu-Kα，λ=0.15406 nm）來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行物相分析，掃描角度為10°- 90°。使用掃描電子顯微鏡分析儀（SEM,JEOL JSM- 6010）對(duì)粉末樣品進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析。

3 結(jié)果分析

3.1 樣品的晶體結(jié)構(gòu)分析

圖1 為使用兩步合成法制備出前驅(qū)體MgNb2O6 的XRD 圖。

圖1 先驅(qū)體MgNb2O6 的XRD 圖

從圖1 中可以看出：MgNb2O6粉體的衍射峰很尖銳，峰型很好，說(shuō)明所得樣品結(jié)晶性較好，并對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)試樣X(jué)RD 圖，確定樣品為先驅(qū)體MgNb2O6。

圖2 為不同溫度條件下反應(yīng)所制得的PMN-PT 粉末X 射線(xiàn)衍射圖，溫度950 ℃和850 ℃的雜質(zhì)峰強(qiáng)度比900 ℃的雜質(zhì)峰強(qiáng)度有所提高，并且鈣鈦礦相的峰強(qiáng)度相差不大，說(shuō)明在900 ℃下燒結(jié)的PMN-PT 粉末所含雜質(zhì)較少。由于圖中三個(gè)溫度的圖線(xiàn)中都含有少量焦綠石相，可能是在反應(yīng)過(guò)程中鉛離子和鈮離子之間的反應(yīng)生成物會(huì)包裹住MgO，使鎂離子無(wú)法參與反應(yīng)，從而導(dǎo)致焦綠石相的生成。

3.2 樣品的微觀形貌分析

圖2 不同溫度下所得PMN-PT 粉末X 衍射圖

在900 ℃下制備樣品的SEM如圖3 所示。由圖3 可知：所得PMN-PT 粉體顆粒分散均勻，并且晶粒呈現(xiàn)類(lèi)球型和部分片狀的形狀，晶粒尺寸在0.5 μm 到3 μm。

4 結(jié)論

圖3 PMN-PT 粉末的掃描電鏡圖

用二步合成法制備得到0.8PMN-0.2PT 粉體。由XRD 圖可以看出在燒結(jié)溫度為900 ℃時(shí)所生成的雜質(zhì)較少。由SEM圖可知，所得PMN-PT 粉體顆粒分散均勻，并且晶粒呈現(xiàn)類(lèi)球狀和部分片狀結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸在0.5μm到3μm 的范圍。