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PMN-PT陶瓷的织构化制备技术研究

作　者: 李东亮
导　师: 刘韩星
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料学
关键词: PMN-PT 织构 模板晶粒生长法 流延成型 热压烧结
分类号: TQ174
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 234次
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内容摘要


弛豫型铁电单晶xPb(Mg1/3Nb2/3)O3-（1-x）PbTiO3（PMN-PT）具有优异的介电、压电和电致伸缩性能,作为一类新型功能材料具有广泛的应用前景。（001）切型的PMN-PT织构多晶陶瓷具有可与单晶相媲美的性能,而且解决了单晶生长技术困难、成本高的问题。本论文采用了模板晶粒生长法（TGG）,以（001）片状SrTiO3和SrBi4Ti4O15作为模板材料,综合利用了粉体定向技术、流延成型工艺和热压烧结方法制备出较高取向度的PMN-PT织构化陶瓷,并对材料的组分、结构与性能特征进行了系统研究。 采用流延成型工艺制备PMN-PT素坯膜片,实现了使片状粉体颗粒定向排列的目的。研究了不同粉体特性及各有机添加剂的不同配比对成膜性能的影响,针对不同粉料确定了有机添加剂的最佳组成。 本文选择了热压烧结和常压退火烧结相结合的工艺制度,将叠加在一起的多层流延膜片烧结成瓷。分析结果表明制得的织构陶瓷致密度较高,（001）方向上的取向度约为63%,改性后的PMN-PT陶瓷的介电常数和压电常数的各向异性都较为明显,在（001）方向上SrTiO3掺入量为10vol%时压电常数达到480pc/N,与普通样品相比有了一定程度的提高。 在基体材料中添加PbO、B2O3和ZnO三种玻璃料,分析不同含量的玻璃料对织构陶瓷性能的影响。结果表明:随着添加剂含量的增加,样品的介电常数和介电损耗都有所上升,而压电性能有下降的趋势。但在PbO的掺入量为1wt%时,织构陶瓷的d33达到568pc/N,较未掺杂的样品有了明显提高。这说明合适的玻璃料在适量掺杂情况下可以提高陶瓷材料的压电性能。 在此基础上,还利用（001）片状SrBi4Ti4O15作为模板材料制备PMN-PT织构陶瓷。研究结果表明在SBT的掺入量为10vol%时得到d33为390pc/N,而且随着工艺条件的改善,性能有望进一步的提高。以上实验结论表明,对于PMN-PT织构陶瓷而言,模板粒子的掺入量以10vol%左右为宜。

全文目录


第一章 绪论  8-18
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 铅基弛豫铁电材料的研究现状  9-16
    1.2.1 弛豫铁电PMN-PT单晶  10-11
    1.2.2 弛豫铁电PMN-PT多晶陶瓷  11-12
    1.2.3 弛豫铁电PMN-PT织构多晶陶瓷  12-16
      1.2.3.1 模板晶粒生长法  13-15
      1.2.3.2 织构PMN-PT中基体与模板材料的选择  15-16
  1.3 本论文的研究目的及实验方案  16-18
第二章 PMN-PT流延浆料与素坯的制备及表征  18-30
  2.1 流延成型工艺  18-22
    2.1.1 流延成型的基本工艺过程  18-19
    2.1.2 流延成型中各有机添加剂的性能  19-22
  2.2 流延浆料的粘弹性讨论  22-24
    2.2.1 Maxwell模型  22-24
    2.2.2 流延浆料的粘弹性  24
  2.3 实验过程  24-25
  2.4 流延浆料的制备  25-28
    2.4.1 有机试剂的选用  26-27
    2.4.2 有机添加剂的配比对成膜性能的影响  27-28
  2.5 素坯的显微结构分析  28-30
第三章 以SrTiO_3为模板的PMN-PT织构陶瓷的制备与性能  30-43
  3.1 素坯的排塑  30
  3.2 烧结工艺过程  30-32
  3.3 PMN-PT织构陶瓷的结构分析  32-35
    3.3.1 X射线衍射分析  32-34
    3.3.2 扫描电镜(SEM)显微结构分析  34-35
  3.4 PMN-PT织构陶瓷的性能测试  35-38
    3.4.1 分析测试方法  35-36
    3.4.2 测试结果  36-38
  3.5 添加不同的玻璃料对PMN-PT陶瓷性能的影响  38-43
    3.5.1 实验过程  39
    3.5.2 改性后的PMN-PT陶瓷的性能表征  39-43
第四章 以SrBi_4Ti_4O_(15)为模板的PMN-PT织构陶瓷的制备与性能  43-49
  4.1 SBT粉体的制备与表征  43-45
    4.1.1 粉体的制备  43
    4.1.2 粉体的表征  43-45
  4.2 PMN-PT陶瓷的制备  45-46
  4.3 PMN-PT织构陶瓷的性能测试及表征  46-49
第五章 结论  49-50
参考文献  50-55
致谢  55-56

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业
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