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高性能高温压电陶瓷的研究

作　者: 赵丽艳
导　师: 刘景和；李国荣
学　校: 长春理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 高居里温度 压电陶瓷 BMT-PT陶瓷 BMN-PT陶瓷 镧掺杂 铁掺杂 锰掺杂 阻抗谱
分类号: TM282
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本文针对高使用温度、高性能的高温钙钛矿结构压电陶瓷材料非常少,但是其应用越来越广泛,研究了钙钛矿结构高温压电陶瓷材料（以改性钛酸铅压电陶瓷为主）的制备与表征。本文所涉及的材料制备过程均是采用传统的固相反应法。首先,对Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-PbTiO3体系进行A位的镧掺杂（部分取代Bi）和MnO2掺杂。适量La掺杂仍能得到纯钙钛矿相;随着镧掺杂量的增加,晶粒尺寸变小且更均匀,居里温度以及居里点处的介电常数峰值逐渐降低,曲线呈现宽化趋势,介电异常现象逐渐消失;当PbTiO3含量相同时,随着La掺杂量的增加,矫顽场和剩余极化强度均降低;对于不同PbTiO3含量的组分,压电性能变化呈现出不同的规律。MnO2掺杂对其相结构无影响,有利于陶瓷的烧结和晶粒的长大;提高居里温度（高于600℃）,降低介电常数的峰值,大幅度降低了矫顽场、剩余极化强度及压电性能（6pC/N）。其次,对Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-PbTiO3体系进行B位铁掺杂,部分取代Mg和Ti的位置。铁掺杂降低四方度;介电温谱表明:随着频率的升高,介电常数减小,介质损耗增大,提高了该体系部分组分的居里温度;室温下电滞回线表明:降低了矫顽场和剩余极化强度,且始终不能达到饱和状态;120℃得到电滞回线说明随着PbTiO3含量的增加,矫顽场和剩余极化强度也降低,但是此时能达到饱和状态;经过去极化处理证明B（MT）0.95F0.05-0.39PT,B（MT）0.90F0.10-0.37PT,B（MT）0.90F0.10-0.39PT样品,在退极化温度达到420℃时,仍具有良好的压电性能（大于150pC/N）;压电响应像表明样品的畴结构呈指纹形状,且随着PbTiO3含量的增加,畴尺寸逐渐减小;阻抗谱表明随着测试温度的升高,材料的阻抗逐渐减小,晶界和晶粒电阻对电阻的贡献相同。最后,成功制备出（1-x）Bi(Mg2/3Nb1/3)O3-xPbTiO3体系不同组分陶瓷,XRD图谱表明,x≥0.7时为四方相,当x＜0.6时为三方相,则该体系的相界在x=0.6附近;介电温谱表明当x≥0.7时,属于弥散型相变;当x=0.6,0.5时,属于频率色散,随着PbTiO3含量的减少,介电常数和介电损耗峰值不断宽化且峰值随频率增加而减小,峰位向低温区方向移动;x=0.9和x=0.5的组分属于二级相变铁电体;x=0.8,0.7,0.6的组分,属于一级相变铁电体;根据弥散性指数确定了各组分的弥散度随着PbTiO3含量的增加而减小;样品阻抗随温度的升高而降低,测试频率大于0.6kHz或6kHz时,阻抗趋于稳定。随着PbTiO3含量的增加,晶粒对电阻的作用逐渐增强,当x=0.5时,晶界对电阻的贡献已经消失;压电响应像表明样品BMN-0.8PT的90°畴结构呈条状分布,明暗相间有序排列,宽度大约为0.5um,其他样品的畴结构呈指纹状分布。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-8
第一章 文献综述  8-25
  1.1 引言  8-9
  1.2 压电陶瓷概述  9-19
  1.3 PT基压电陶瓷  19-20
  1.4 高温压电材料简介  20-23
  1.5 本文研究目的、内容和意义  23-25
第二章 实验过程  25-28
  2.1 实验的原料  25
  2.2 样品的制备  25
  2.3 样品表征与性能测试  25-28
第三章 A位La取代和Mn掺杂对BMT-PT陶瓷结构和性能的影响  28-39
  3.1 序言  28
  3.2 A位La取代对BMT-PT陶瓷结构和性能的影响  28-34
  3.3 MnO_2掺杂对BMT-0.37PT陶瓷的结构和性能的影响  34-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章 B位Fe取代对BMT-PT陶瓷结构和性能的影响  39-55
  4.1 序言  39
  4.2 B位Fe取代对BMT-PT陶瓷结构和性能的影响  39-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章 BMN-PT陶瓷的结构和性能的研究  55-73
  5.1 序言  55-57
  5.2 结构表征  57-58
  5.3 介电性能  58-64
  5.4 铁电性能  64-66
  5.5 压电性能  66-67
  5.6 交流阻抗谱  67-70
  5.7 畴结构表征  70-72
  5.8 本章小结  72-73
结论  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-80
附录  80

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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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