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铌镁酸铅钛酸铅系压电陶瓷准同型相界附近性能的研究

作　者: 张代磊
导　师: 马卫兵
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 压电陶瓷 PMN-PT 介电压电性能 准同型相界
分类号: TM282
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 48次
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内容摘要


本文制备了（1-x）Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–xPbTiO3（x=0.33,0.34,0.35,0.36） （简称PMN-PT）压电陶瓷,通过X射线衍射（XRD）对合成后的材料晶相进行了分析,用扫描电子显微镜（SEM）观察了样品表面的显微结构,并且讨论了不同合成工艺和烧结温度对材料介电、压电性能的影响,通过试验确定了铌镁酸铅和钛酸铅的比例、合成工艺以及烧结温度。通过研究（1-x）Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–xPbTiO3（x= 0.33, 0.34, 0.35, 0.36）发现:采用二次合成法,1250℃的烧结温度且保温2h的条件下,当PMN/PT=65/35时,得到综合性能优良的压电材料:相对介电常数ε33T/ε0=3192,压电常数d33=522pC/N,机电耦合系数Kp =49.4%。通过对比前驱体合成工艺与传统的氧化物混合合成工艺以及第三种合成工艺对系统相结构、微观形貌、压电和介电性能的影响发现:前驱体合成工艺能更好的避免焦绿石相的生成,有效保证化学计量比的稳定,并能抑制内部晶粒的过大生长和晶界的致密,对压电陶瓷性能的提升较为明显。另外,本文还研究了烧结温度对压电陶瓷系统微观结构和性能的影响。结果表明:最佳烧结温度是1250℃。此时晶粒生长的均匀致密,此烧结温度下测得压电陶瓷样品的性能最佳。此外,研究了SrCO3含量对PMN-PT压电陶瓷在准同型相附近的介电、压电性能的影响。Sr2+置换Pb2+,极大的影响了PMN-PT的介电、压电性能,1250℃的烧结温度且保温2h的条件下,当SrCO3=3.0mol%,PMN/PT=65/35时,系统的综合性能最佳:ε33T/ε0=3156,d33=492pC/N,Kp=48.9%。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-21
  1.1 前言  7-9
  1.2 文献综述  9-20
    1.2.1 压电效应及其产生机理  9-10
    1.2.2 压电陶瓷的压电方程  10-12
    1.2.3 铅基驰豫铁电材料  12-14
    1.2.4 合成工艺对钙钛矿相及焦绿石相结构形成的影响  14-15
    1.2.5 钙钛矿相PMN-PT 相关理论研究  15-19
    1.2.6 PMN-PT 国内外研究进展  19-20
  1.3 课题提出的目的及研究的内容  20-21
第二章 实验过程及测试  21-28
  2.1 原料及设备  21-22
  2.2 实验准备  22
  2.3 工艺的选取  22-24
  2.4 性能测试及仪器装置  24-28
    2.4.1 体积密度  24-25
    2.4.2 相对介电常数ε~T_(33)/ε_0 和介电损耗tanδ  25-26
    2.4.3 压电常数  26
    2.4.4 机电耦合系数Kp 和机械品质因数Qm  26-27
    2.4.5 居里温度  27
    2.4.6 显微结构及相组成  27-28
第三章 PMN-PT 体系压电陶瓷性能的研究  28-42
  3.1 准同型相界的确定  28-35
    3.1.1 物相分析  28-30
    3.1.2 微观形貌和晶粒度  30-32
    3.1.3 介电和压电性能  32-35
  3.2 烧结温度对PMN-PT 压电性能的影响  35-42
    3.2.1 温度对微观结构的影响  36-37
    3.2.2 烧结温度对体积密度的影响  37
    3.2.3 烧结温度对介电压电性能的影响  37-42
第四章 掺杂与合成工艺对PMN-PT 性能的影响  42-51
  4.1 SrCO_3 掺杂的研究  42-46
    4.1.1 XRD 分析  42-43
    4.1.2 微观形貌分析  43-44
    4.1.3 介电和压电性能  44-46
  4.2 合成工艺对性能的影响  46-51
    4.2.1 合成工艺的比较  46
    4.2.2 显微结构分析  46-47
    4.2.3 介电和压电性能  47-51
第五章 结论  51-52
参考文献  52-57
发表论文和科研情况说明  57-58
致谢  58

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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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