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锑锂掺杂PZT二元系压电陶瓷性能及优化工艺的研究

作　者: 孙秋香
导　师: 马卫兵
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: PSZT压电陶瓷 介电压电性能 掺杂 添加方式 电极
分类号: TM282
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 27次
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内容摘要


本文选取Sb2O3掺杂的PZT二元系压电陶瓷为研究对象,采用固相合成法制备压电陶瓷。研究了该系统的最佳配比,不同添加方式对PSZT压电陶瓷的影响;电极及金属化温度对PSZT压电陶瓷性能的影响。在此基础上对掺杂Li2CO3的PSZT压电陶瓷的性能进行了研究。结果表明:对于PSZT系统压电陶瓷,Zr/Ti为52:48,烧结温度为1200℃时性能最佳:ρ=7.79g/cm3,ε33Tε0=1992,tanδ=1.78%,d33 = 410pC/N,Kp = 0.65,Tc=380℃,Td≈270℃。此时,晶粒发育良好,平均粒径为2μm,晶界较为清晰。但随着Sb2O3含量的增加,晶粒尺寸逐渐较小。不同的添加方式没有改变PSZT压电陶瓷的钙钛矿结构。相比而言,外加方式压电陶瓷的性能要显著优于置换方式。外加的试样晶粒分布均匀,致密度较高,而置换的试样晶粒大小不一,有气孔产生,致密度下降。后者性能下降的原因主要是由于铅的缺失,导致大量铅空位的产生,从而恶化了材料的性能。对于PSZT压电陶瓷,涂有银钯电极试样的性能要优于涂有银电极的试样。试样的性能随着烧渗温度的升高呈现先增后减的趋势,在800℃时获得最佳值。此温度下,显微形貌分析可知,银电极颗粒间结合较为致密,但有独立的孔洞出现,而银钯电极颗粒间交织成类似于网状的结构,有利于增强电极层的强度与稳定性。由电极层与陶瓷基体的线扫描可知,电极层与陶瓷基体中形成了过渡层,且银钯电极较为明显。过渡层的形成保证了电极与陶瓷基体牢固的粘结,使电极层具有较好的物理化学稳定性和良好的导电性。银钯电极试样的性能较银电极好,一方面是由于网状结构的形成,另一方面是由于钯的加入,形成银钯合金,抑制了银离子向陶瓷基体的迁移扩散。对于Li2CO3掺杂的PSZT压电陶瓷,分别研究了掺杂量、合成温度以及烧结温度对压电陶瓷相结构、显微结构、介电压电性能以及温度稳定性的影响。结果表明:Li2CO3的加入使烧结温度降低了30℃50℃,当Li2CO3掺杂量为0.05wt.%,合成温度为900℃,烧结温度为1170℃时,可获得最佳性能:ρ=7.78g/cm3,ε33T/ε0=1803,tanδ=1.65%,d33=387pC/N,kp=0.64,Tc=415℃,Td≈300℃。较高的居里温度以及退极化温度进一步提高了陶瓷材料的应用温度。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-20
  1.1 压电陶瓷及压电效应  8-10
    1.1.1 压电陶瓷及其内部结构  8-9
    1.1.2 压电效应  9-10
  1.2 PZT压电陶瓷研究与发展动态  10-13
    1.2.1 PZT压电陶瓷的研究  10-12
    1.2.2 PZT压电陶瓷的发展动态  12-13
  1.3 压电陶瓷的应用  13-15
  1.4 压电陶瓷的表面金属化  15-18
  1.5 课题的研究目的及意义  18-19
  1.6 课题研究的主要内容  19-20
第二章 实验过程及测试手段  20-25
  2.1 实验原料及仪器设备  20-21
  2.2 实验工艺  21-22
  2.3 性能测试及仪器装置  22-25
    2.3.1 体积密度  22
    2.3.2 相对介电常数ε_(33)~T/ ε_0 及介电损耗tanδ  22-23
    2.3.3 压电系数d_(33)  23
    2.3.4 机电耦合系数K_p  23
    2.3.5 显微结构及物相分析  23-24
    2.3.6 居里温度T_c  24-25
第三章 Sb_2O_3掺杂的PZT压电陶瓷的研究  25-48
  3.1 最佳配方的选择  25-36
    3.1.1 物相分析（XRD）  26-27
    3.1.2 显微形貌分析（SEM）  27-29
    3.1.3 介电压电性能  29-32
    3.1.4 居里温度  32-36
  3.2 不同掺杂方式对PSZT压电陶瓷的影响  36-41
    3.2.1 物相分析（XRD）  36-37
    3.2.2 显微形貌分析（SEM）  37-39
    3.2.3 介电压电性能  39-41
  3.3 不同电极不同烧渗温度对PSZT压电陶瓷性能的影响  41-46
    3.3.1 介电压电性能  41-43
    3.3.2 微观形貌分析  43-46
  3.4 本章小结  46-48
第四章 Li掺杂的PSZT压电陶瓷显微结构与机电性能的研究  48-65
  4.1 高Li含量对PSZT压电陶瓷性能的影响  48-56
    4.1.1 物相分析（XRD）  48-51
    4.1.2 显微形貌分析（SEM）  51-53
    4.1.3 介电压电性能  53-55
    4.1.4 居里温度  55-56
  4.2 低Li掺杂对PSZT压电陶瓷性能的影响  56-64
    4.2.1 物相分析（XRD）  56-57
    4.2.2 显微形貌分析（SEM）  57-58
    4.2.3 介电压电性能  58-60
    4.2.4 居里温度  60-64
  4.3 本章小结  64-65
第五章 结论  65-66
参考文献  66-71
发表论文和科研情况说明  71-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电工材料 > 电工陶瓷材料 > 压电陶瓷材料
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