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钛酸钡基无铅压电陶瓷压电性能的研究

作 者: 杨帆
导 师: 吴裕功
学 校: 天津大学
专 业: 微电子学与固体电子学
关键词: 无铅压电陶瓷 钛酸钡 居里温度 压电性能 本征效应
分类号: TM282
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


压电陶瓷是实现机械能和电能相互转换的一类重要的功能材料。它在传感器、驱动器、超声换能器、滤波器等各种电子元件和器件上有着非常广泛的应用。实用的压电陶瓷材料大部分都是以锆钛酸铅(简称为PZT)为代表的材料。以其优异的压电性能被广泛应用在各种电子器件中。但是,PZT的制备需要使用很多的含铅氧化物做原料,在生产、使用和废弃的过程中会对环境造成很大的污染。近年来,随着人们环保意识的增强,研究无铅压电陶瓷已成为世界各国致力研发的热点材料之一。本论文对BaTiO3基无铅压电陶瓷进行研究。针对其压电性能不高且居里温度也较低的缺点,分别进行讨论。首先通过建立基体——颗粒物理模型讨论拉应力对居里温度的影响。然后通过实验进行验证,即建立钛酸钡——堇青石实验模型。实验结果为随着堇青石掺入量的增加此体系的居里温度也随着增加,有效地验证了物理模型。当堇青石掺入量为14%时,居里温度提高到140.1℃。一直以来,报道的纯钛酸钡的压电性能为190PC/N,但是近年来,通过改变工艺(两步烧结法)可以使得钛酸钡的压电系数能够达到460PC/N。为此,本文也对纯钛酸钡陶瓷进行了系统的研究。首先建立其微观结构物理模型,讨论不同相下,本征压电效应对其压电性能的影响。然后进行具体实验,讨论不同烧结温度下钛酸钡压电性能的影响。实验结果为在烧结温度为1260℃时,压电系数(d33)可达370PC/N。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-14
  1.1 压电铁电材料简介  7-9
    1.1.1 压电效应的基本原理  7-8
    1.1.2 铁电体  8-9
  1.2 无铅压电陶瓷的研究背景和现状  9-13
    1.2.1 压电陶瓷的研究背景  9-10
    1.2.2 无铅压电陶瓷的研究现状  10-12
    1.2.3 压电陶瓷的应用  12-13
  1.3 论文概要  13-14
第二章 张量变换和热力学理论  14-21
  2.1 欧拉坐标系  14-16
  2.2 张量的变换  16-18
  2.3 钛酸钡的热力学理论  18-21
第三章 应力对钛酸钡居里温度的影响分析  21-28
  3.1 居里温度的物理模型  21-24
  3.2 热膨胀失配模型  24-25
  3.3 拉应力对钛酸钡陶瓷居里温度的影响  25-28
第四章 堇青石-钛酸钡复合体系居里温度的分析  28-39
  4.1 引言  28
  4.2 溶胶-凝胶法制备堇青石  28-31
    4.2.1 干凝胶的差热—热失重分析  29-30
    4.2.2 堇青石粉体的XRD分析  30
    4.2.3 堇青石粉体的粒径分析  30-31
  4.3 复合压电陶瓷工艺研究  31-34
  4.4 实验结果分析与讨论  34-39
第五章 钛酸钡陶瓷本征压电系数的理论研究  39-53
  5.1 引言  39-40
  5.2 四方相本征压电系数的理论研究  40-44
    5.2.1 四方相的自发极化方向  40
    5.2.2 四方相电畴取向分布函数(ODF)  40-42
    5.2.3 四方相本征压电系数的计算  42-44
  5.3 正交相本征压电系数的理论研究  44-48
    5.3.1 正交相的自发极化方向  44-45
    5.3.2 正交相电畴取向分布函数(ODF)  45-47
    5.3.3 正交相本征压电系数的计算  47-48
  5.4 三方相本征压电系数的理论研究  48-53
    5.4.1 三方相的自发极化方向  48-49
    5.4.2 三方相电畴取向分布函数(ODF)  49-51
    5.4.3 三方相本征压电系数的计算  51-53
第六章 钛酸钡压电性能的研究.  53-63
  6.1 引言  53
  6.2 钛酸钡陶瓷的制备工艺  53-55
  6.3 钛酸钡的XRD分析  55-58
  6.4 钛酸钡试样的电学性能测试  58-63
第七章 结论  63-64
参考文献  64-67
发表论文和参加科研情况说明  67-68
附录  68-70
致谢  70

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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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