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铌锑—锆钛酸铅系压电陶瓷的研究
作 者: 张伟
导 师: 孙清池
学 校: 天津大学
专 业: 材料学
关键词: 铌锑-锆钛酸铅 压电常数 介电常数 锆钛比
分类号: TM282
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
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内容摘要
本文选取0.98Pb(Zr1-xTix)O3-0.02Pb(Sb1/2Nb1/2)O3 (x=0.440.49)铌锑-锆钛酸铅系(简称PSN-PZT)压电陶瓷作为研究对象。采用传统的固相烧结法制备PSN-PZT压电陶瓷,通过X射线衍射(XRD)对合成后材料的晶相进行分析,用扫描电子显微镜(SEM)观察样品表面的显微结构,并讨论锆钛比和烧结温度对材料介电、压电性能以及对居里温度的影响。结果表明:三方相和四方相共存的准同型相界位于Zr/Ti为50/48附近,最佳性能出现在相界偏三方相一侧;此陶瓷材料具有烧结温度范围宽(11901270℃)和居里温度高(>330℃)的特点。当Zr/Ti=51/47,合成温度900℃,烧结温度1230℃时综合性能较好,此时介电常数T33 0=1955,介电损耗tanδ=0.019,压电常数d33=425pC/N,机电耦合系数Kp=0.65,居里温度Tc=352℃。此外,通过碱土金属Sr2+、Ba2+离子的置换,研究不同工艺条件和锆钛比对PSN-PZT压电陶瓷介电和压电性能的影响。研究结果表明:Sr2+离子(4%mol,5%mol)的加入能明显提高此体系的介电和压电性能;Ba2+离子(4%mol,5%mol)的加入对此陶瓷系统介电和压电性能影响不明显;Sr2+、Ba2+离子联合加入的效果要优于其中任意一种元素单独加入的效果。Sr2+的助熔作用使体系晶粒有所增加,同时体系的烧结温度和居里温度均有降低。Ba2+的加入降低了系统的合成温度,介电常数有所增加,但对其他性能影响不明显。Sr2+、Ba2+的联合加入使准同型相界向富锆方移动,最佳极化场强为3000V/mm,此时出现最佳性能:介电常数T33 0=2290,介电损耗tanδ=0.017,压电常数d33=495pC/N,机电耦合系数Kp=0.7,居里温度Tc=298℃。鉴于铌锑-锆钛酸铅体系居里温度高的特点,实验还测量了不同配方在不同高温条件下的性能参数。得出相应的高温老化曲线,确定了不同配方陶瓷的使用温度上限。
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-7 第一章 绪论 7-21 1.1 前言 7-8 1.2 文献综述 8-19 1.2.1 压电效应及压电机理 8-9 1.2.2 压电陶瓷的主要参数 9-11 1.2.3 压电陶瓷材料 11-13 1.2.4 掺杂改性 13-16 1.2.5 压电陶瓷的工艺条件 16-19 1.3 课题提出的意义及研究的内容 19-21 第二章 实验过程及测试 21-26 2.1 原料及设备 21-22 2.2 实验准备 22 2.2.1 PVA 粘合剂的配置 22 2.2.2 相关相图 22 2.3 工艺选取 22-23 2.4 性能测试及仪器装置 23-26 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) 23-24 2.4.3 机电耦合系数K_p 24 2.4.4 居里温度T_c 24-25 2.4.5 显微及其相组成 25-26 第三章 铌锑-锆钛酸铅系压电陶瓷的研究 26-36 3.1 相结构和相界的确定 26-28 3.2 微观形貌和晶粒度 28-29 3.3 介电和压电性质 29-32 3.4 居里温度 32-35 3.5 本章小结 35-36 第四章 铌锑-锆钛酸铅系压电陶瓷的掺杂改性研究 36-55 4.1 Sr~(2+)取代对铌锑-锆钛酸铅系压电陶瓷的研究 36-44 4.1.1 显微结构分析 37-40 4.1.2 最佳组成点的确定 40-41 4.1.3 居里温度 41-44 4.2 Ba~(2+)掺杂对铌锑-锆钛酸铅系压电陶瓷性能的影响 44-48 4.2.1 最佳合成温度的确定 44-45 4.2.2 最佳组成点的确定 45 4.2.3 最佳烧结温度的确定 45-46 4.2.4 微观形貌和晶粒度 46-47 4.2.5 居里温度 47-48 4.3 Sr,Ba 掺杂对铌锑-锆钛酸铅系压电陶瓷性能的影响 48-54 4.3.1 相结构 48-49 4.3.2 介电和压电性质 49-50 4.3.3 微观形貌和晶粒度 50-51 4.3.4 综合性能比较 51-52 4.3.5 居里温度 52-54 4.4 本章小结 54-55 第五章 结论 55-56 参考文献 56-61 发表论文和参加科研情况说明 61-62 致谢 62
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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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