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锶、镧、铌、钨离子掺杂PZT955陶瓷结构和性能研究
一、引言
PZT（铅锆钛）陶瓷作为一种重要的功能陶瓷材料，因其具有优良的电学、热学和机械性能被广泛应用于传感、压电、声波器件等领域。PZT955是一种高压电性能的铅镧钛铌锆酸钇陶瓷材料。其电声换能系数和介电常数在所有铅系复合材料中最高。为了改善其性能，对PZT955陶瓷进行了银、钌、钨等离子掺杂研究。其中锶、镧、铌、钨的掺杂是目前研究的重点。
本文将介绍锶、镧、铌、钨离子掺杂PZT955陶瓷在结构和性能方面的研究成果，分析不同离子掺杂在材料物理化学性质上的改变和对压电性能的影响，为PZT955陶瓷的进一步研究提供理论依据。
二、锶、镧、铌、钨离子掺杂PZT955陶瓷的结构特点
1.锶离子掺杂PZT955陶瓷
锶离子掺杂的PZT955陶瓷在结构方面，其XRD衍射谱表明，锶掺杂的PZT955陶瓷具有同晶结构，没有出现杂相，锶的掺杂会使样品微小晶粒扩大，有助于提高样品压电性能。
2.镧离子掺杂PZT955陶瓷
镧离子掺杂的PZT955陶瓷样品中，XRD衍射谱表明样品仍具有同晶结构，但镧掺杂会使Pb（Zr,Ti）O3晶格常数a轴和c轴略有扭曲，c/a比值稍微发生变化，随着镧离子掺杂量的增加，样品的微观形貌发生了变化。由于镧离子离子半径较大，其中一部分会替代PZT955陶瓷中的Pb原子，引起孪晶和晶粒放大作用。
3.铌离子掺杂PZT955陶瓷
铌离子掺杂的PZT955陶瓷样品，经XRD衍射谱分析，样品仍然具有同晶结构，但是随着铌离子掺杂量的增加，易形成Nb2O5杂相，它的出现不仅表明掺杂后PZT955陶瓷中元素的共存，对晶格常数也有微小的影响。
4.钨离子掺杂PZT955陶瓷
钨离子掺杂的PZT955陶瓷样品，经XRD衍射谱分析，样品保持相同的晶体结构，但随着钨离子掺杂量的增加，样品的相对密度逐渐增加，同时其微观形貌发生了变化，ZrO2和W相的形成可能是因均匀分布的钨原子在PZT955陶瓷的结晶里引起片状碎裂，影响了样品的压电性能。
三、锶、镧、铌、钨离子掺杂PZT955陶瓷的性能改变和压电性能分析
1.锶离子掺杂PZT955陶瓷
锶离子掺杂的PZT955陶瓷其介电常数和压电系数相对提高，且其矫顽场和剩余极化强度消失，确定锶掺杂后提高了材料的压电性能，锶离子的掺杂有助于提高其位错密度和矫顽电场，从而改善其微观结构和机械性能。锶离子掺杂量为1.0mol%时得到的样品压电性能明显优于其他样品，其压电系数达到173pC/N（d33），与无掺杂的PZT955陶瓷相比提高了近三倍。
2.镧离子掺杂PZT955陶瓷
镧离子掺杂的PZT955陶瓷其介电常数和压电系数都有所提高，但相对提高幅度相比锶离子掺杂小一些，镧离子也使得铁弛豫温度和玻璃化温度变高，并且其压电性能随着镧离子掺杂量的增加而降低，掺杂量为4%时得到的样品具有最好的压电性能表现，其压电系数达到143pC/N（d33）。
3.铌离子掺杂PZT955陶瓷
铌离子掺杂的PZT955陶瓷其介电常数和压电系数相对提高幅度有限，易形成铌酸铅相，导致晶格常数发生变化，覆盖晶界和表面上的Nb2O5相的存在会降低压电性能，掺杂量为0.5%的样品压电性能相对提高最明显，其压电系数达到127pC/N（d33）。
4.钨离子掺杂PZT955陶瓷
钨离子掺杂的PZT955陶瓷其介电常数相对提高范围有限，其压电性能随着掺杂量增加而降低。由于钨元素替代PZT955陶瓷中的Zr和Ti原子，导致晶格形貌和压电性能发生变化，且其掺杂量为3%时得到的样品压电性能相对提高最大，其压电系数达到104pC/N（d33）。
四、结论
通过对锶、镧、铌、钨离子掺杂PZT955陶瓷的结构和压电性能分析，得到如下结论：
(1)锶离子能有效提高PZT955陶瓷的压电性能，锶离子掺杂量为1.0mol%时得到的效果最好，其压电系数达到173pC/N（d33）。
(2)镧、铌、钨离子掺杂后能改善PZT955陶瓷的压电性能，其中镧离子掺杂量为4%时，其压电系数达到了143pC/N（d33），铌离子掺杂量为0.5%时压电系数达到了127pC/N（d33），钨离子掺杂量为3%时压电系数达到了104pC/N（d33）。
(3)镧、铌、钨离子的掺杂对PZT955陶瓷的晶格形貌和压电性能有一定的影响，其中镧离子掺杂使Pb（Zr,Ti）O3晶格常数a轴和c轴略有扭曲，c/a比值稍微发生变化，随着镧离子掺杂量的增加，样品微观形貌发生了变化；铌离子掺杂则易形成Nb2O5杂相，且覆盖晶界和表面上的Nb2O5相的存在会降低压电性能；钨离子掺杂会导致晶格形貌和压电性能发生变化，易形成ZrO2和W相，影响样品的压电性能。
五、参考文献
[1]YuJ.,FujinoS.,OhashiT.,etal.Structurala