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组成和工艺条件对四元系PZSN陶瓷材料性能的影响

作　者: 岳华瑾
导　师: 孙清池
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 四元系PZSN 介电、压电性能 Zr/Ti比 温度稳定性 工艺条件
分类号: TM282
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 27次
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内容摘要


本文研究了组成和工艺条件对四元系压电陶瓷材料Pb(Sn1/3Nb2/3)O3 -Pb(Zn1/3 Nb2/3)O3- PbZrO3 -PbTiO3（PZSN）性能的影响。并运用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对合成后材料的晶相、样品表面的显微结构进行了分析观察。通过研究不同Zr/Ti比对Pr6O11掺杂PZSN系统性能的影响发现:在960℃合成温度下,不同锆钛比试样的主晶相均是钙钛矿结构,伴随有少量焦绿石相;同时随着Zr/Ti比的增加,四方相逐渐向三方相转变;三方相和四方相共存的准同型相界位于Zr/Ti比为45/43组成附近;同时随着Zr/Ti比的增加,系统的居里温度降低,介电弥散程度增大;在960℃的预烧温度、1260℃的烧成温度,保温2h工艺条件下,当Zr/Ti=45/43时,得到综合性能优良的压电材料:介电常数εT33/ε0=2113,介电损耗tanδ=0.016,压电常数d33=420pC/N,机电耦合系数Kp =66.4%,机械品质因数Qm =923。居里温度Tc=320℃;在Zr/Ti=45/43时,系统的sE11、K31、d31、ε33T/ε0、tanδ随温度的变化也最为平缓。此外,通过外加MnO2、Sb2O3,研究了不同工艺条件对PZSN系统介电、压电性能的影响。研究结果表明:不同工艺的所有样品均为单一、稳定的纯四方相钙钛矿结构,以单相形式存在。极化后的晶格常数与极化前的相比,极化后点阵常数c、a值都有所增加,但c增加的较大,说明四方度略有增加。Mn的引入造成了c/a的降低。而Sb2O3的加入使c/a略有增加。一次合成的样品（3#）与分步合成的样品（4#）相比,后者使得四方度下降。随着烧结温度的升高,晶粒尺寸逐渐增加,当烧结温度为1260℃时,晶形饱满,晶粒最为均匀致密。在此温度下,εT33/ε0、Qm、d33和Kp获得了极值。综合比较,较好的实验结果是在960℃的预烧温度、1260℃的烧成温度,保温2h工艺条件下,在PZSN系统中掺杂0.5wt% MnO2和0.5 wt% Sb2O3分步合成的样品,其各项性能参数为:εT33/ε0 =1154,tanδ=0.005,d33=251.5pC/N,Kp =59%,Qm=1225。

全文目录


中文摘要  2-3
ABSTRACT  3-6
第一章 绪论  6-21
  1.1 前言  6-8
  1.2 文献综述  8-21
    1.2.1 压电效应产生机理  8-9
    1.2.2 二元系压电陶瓷  9-10
    1.2.3 复合钙钛矿矿氧化物与多元系统  10-11
    1.2.4 掺杂改性  11-14
    1.2.5 工艺条件对压电陶瓷压电性能的影响  14-21
第二章 实验过程及测试  21-27
  2.1 原料及设备  21-22
  2.2 实验准备  22
  2.3 工艺选取  22-23
  2.4 性能测试及仪器装置  23-27
    2.4.1 相对介电常数ε_(33)~T/ε_0 及介电损耗tanδ  23
    2.4.2 压电应变常数d_(33)  23
    2.4.3 机电耦合系数K_p和机械品质因素Q_m  23-24
    2.4.4 体积密度的测量  24
    2.4.5 居里温度T_C  24-25
    2.4.6 显微结构及相组成  25
    2.4.7 温度稳定性  25-27
第三章 PZSN压电陶瓷准同型相界附近的性能研究  27-40
  3.1 样品的XRD测试及相界的确定  28-30
  3.2 相界附近的显微结构  30
  3.3 最佳烧结温度及最佳组成点的确定  30-35
    3.3.1 不同烧结温度样品的显微结构  31-32
    3.3.2 不同烧结温度下样品的介电和机电性能  32-33
    3.3.3 最佳组成点的确定  33-35
  3.4 居里温度  35-37
  3.5 温度稳定性  37-39
  3.6 本章小结  39-40
第四章 工艺条件对PZSN系压电陶瓷的性能研究  40-49
  4.1 物相分析  41-42
  4.2 显微结构  42-43
  4.3 居里温度  43-44
  4.4 机电性能  44-46
  4.5 烧结温度对性能的影响  46-48
  4.6 本章小结  48-49
第五章 结论  49-50
参考文献  50-56
发表论文和科研情况说明  56-57
致谢  57

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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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