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PBSZT压电陶瓷的制备及增强增韧

作　者: 范景波
导　师: 沈湘黔；潘铁政
学　校: 江苏大学
专　业: 材料学
关键词: PBSZT 压电陶瓷 铋掺杂 钛酸钾晶须 增强 增韧 复合
分类号: TM282
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


以(Pb0.70Ba0.26Sr（0.04）) (Zr0.52Ti（0.48）)O3 （PBSZT）;为基础材料,通过Bi2O3掺杂、添加钛酸钾晶须（KTOw）,以及复合Bi2O3掺杂和添加钛酸钾晶须三种方式改善其机械性能（弯曲强度（σb）、断裂形变（△ρ））。藉助扫描电子显微镜（SEM）和x射线衍射（XRD）表征陶瓷样品的结构和物相组成,采用x射线能谱分析样品的成分；通过相关仪器表征试样的功能特性：相对介电常数（sr）、介质损耗（tanδ）、电滞回线、压电应变常数(d33、d31)、机电耦合系数（Kp）。适量Bi2O3（0～0.3 wt.%）掺杂可使Bi-PBSZT陶瓷晶粒细化,致密度提高,σb增大；同时,Bi3+取代pb2+使Bi-PBSZT晶格发生改变,Pb富集于晶界处的玻璃相以及Bi3+与A位pb2+空位之间的偶极矩的压抑作用使陶瓷的εr和d31下降。当Bi203掺杂量为0.3 wt.%时,Bi-PBSZT陶瓷的性能得到优化,σb为140.37 MPa,εr为5520,d31为518×10-12 m/V。KTOw的加入在陶瓷结构内引入均匀分布的微孔（10μm左右）,形成微孔增韧机制,提高试样的断裂形变,同时随着KTOw含量的增加,陶瓷密度减小,强度下降；KTOw的加入对功能特性的影响,其中εr, tanδ逐渐下降,而d33表现开口向下的抛物线式变化,Kp与其变化一致。相比PBSZT, KTOw加入0.5 wt.%时,d33达到最大值471.4×10-12 m／V,提高26.2%,△ρ提高4.2%；KTOw加入1.0 wt.%时,d33下降3.9%,△ρ达到最大值2.45 mm,提高28.9%。“双升”作用的出现,使KTOw成为较好的候选压电陶瓷增韧剂。Bi2O3和KTOw同时发挥各自功效,复合材料的弯曲强度、介电特性、压电特性均表现为单一方式改性结果的复合,而断裂形变得到更大的提高。在0.3 wt.%Bi2O3与1.0 wt.%KTOw组合改性得到的复合试样中,断裂形变达到最大值3.18,相比PBSZT,增加了67.3%,此时,σb为101.51 MPa,d33为362.5×10-12m/V。在0.3 wt.%Bi2O3与1.8wt.%KTOw、0.5 wt.%Bi2O3与1.0wt.%KTOw、0.5 wt.%Bi2O3与1.8 wt.%KTOw几个组合中都出现了压电陶瓷断裂形变、压电常数双升现象。这种同时提高压电陶瓷的韧性和压电性的结果突出了复合方式的优势。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-31
  1.1 压电陶瓷的历史和发展  11-13
    1.1.1 压电陶瓷的历史  11-12
    1.1.2 压电陶瓷的发展  12-13
  1.2 压电陶瓷的特性  13-16
    1.2.1 介电常数  13-14
    1.2.2 介质损耗  14
    1.2.3 机械品质因数  14
    1.2.4 弹性常数  14-15
    1.2.5 压电常数  15
    1.2.6 机电耦合系数  15
    1.2.7 频率常数  15-16
  1.3 陶瓷脆性及其影响因素  16-18
    1.3.1 陶瓷的脆性  16
    1.3.2 陶瓷的脆性断裂过程  16-18
    1.3.3 陶瓷脆性影响因素分析  18
  1.4 压电陶瓷增韧研究现状  18-26
    1.4.1 相变增韧  19-20
    1.4.2 建立弱界面增韧  20-25
    1.4.3 其它增韧方式  25-26
  1.5 陶瓷韧性的表征方法  26-28
  1.6 课题提出与研究内容  28-31
    1.6.1 课题的提出  28-29
    1.6.2 研究内容  29-30
    1.6.3 课题的创新  30-31
第二章 实验所需设备仪器与性能参数表征方法  31-34
  2.1 实验的设备仪器  31-32
  2.2 样品性能的表征方法  32-34
第三章 PBSZT压电陶瓷的制备与性能表征  34-40
  3.1 PBSZT压电陶瓷的制备  34-35
    3.1.1 实验材料  34
    3.1.2 实验工艺流程  34-35
  3.2 PBSZT陶瓷制备条件的探索  35-39
    3.2.1 混料过程  35-36
    3.2.2 预烧合成温度  36
    3.2.3 成型方法  36-37
    3.2.4 烧结特性  37-39
  3.3 PBSZT陶瓷的物理参数  39
  3.4 小结  39-40
第四章 氧化铋掺杂增强PBSZT陶瓷的制备与性能  40-49
  4.1 实验材料的准备  40
  4.2 BI-PBSZT试样的制备  40-41
  4.3 BI-PBSZT的结构  41-43
  4.4 BI-PBSZT陶瓷的性能  43-47
    4.4.1 Bi-PBSZT陶瓷的介电性能  43-44
    4.4.2 Bi-PBSZT陶瓷的压电性能  44-45
    4.4.3 Bi-PBSZT陶瓷的铁电性能  45-46
    4.4.4 Bi-PBSZT陶瓷的弯曲强度  46-47
  4.5 小结  47-49
第五章 钛酸钾晶须改性PBSZT的制备与性能  49-57
  5.1 实验材料的准备  49-50
  5.2 PBSZT/KTOw试样的制备  50
  5.3 PBSZT/KTOw的结构  50-53
  5.4 PBSZT/KTOw的性能  53-55
    5.4.1 PBSZT/KTOw的介电性能  53
    5.4.2 PBSZT/KTOw的压电性能  53-54
    5.4.3 PBSZT/KTOw的机械性能  54-55
  5.5 小结  55-57
第六章 复合改性PBSZT的制备与性能  57-66
  6.1 复合改性方式设计  57-58
    6.1.1 材料准备  57
    6.1.2 工艺流程优化  57-58
  6.2 BI-PBSZT/KTOw试样的结构  58-60
  6.3 BI-PBSZT/KTOw试样的性能  60-64
    6.3.1 Bi-PBSZT/KTO_w的电性能  60-61
    6.3.2 Bi-PBSZT/TO_w的压电性能  61-63
    6.3.3 Bi-PBSZT/KTO_w的机械性能  63-64
  6.4 小结  64-66
第七章 结论与建议  66-68
参考文献  68-73
致谢  73-74
硕士期间发表的论文  74

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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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