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压电变压器用陶瓷材料低温烧结的研究

作　者: 张东
导　师: 马卫兵
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 压电陶瓷变压器 烧结助剂法 低温烧结 PMS-PNW-PZT压电陶瓷 PMS-PLW-PZT压电陶瓷
分类号: TM42
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


低温烧结可减少铅基压电陶瓷中PbO的挥发,从而减少对环境的污染,使材料不偏离化学计量比,维持材料的良好性能。同时在制备多层压电变压器时,可用较便宜的金属替代贵金属,从而节约生产成本。为实现压电陶瓷的低温烧结,本文采用烧结助剂法,分别采用Li2CO3、Li2CO3+ZnO和LiBiO2作为烧结助剂来降低Pb0.95Sr0.05[(Mn1/3Sb2/30.06(Ni1/2W1/20.02(Zr0.49Ti0.51)0.92]O3（以下均简称为:PMS-PNW-PZT）压电陶瓷的烧结温度。另外,还研究了LiW对PMS-PLW-PZT压电陶瓷低温烧结性能的影响。研究了在不同烧结温度下Li2CO3对PMS-PNW-PZT压电陶瓷物相结构,微观形貌和机电性能的影响。结果表明,当烧结温度为1050oC,Li2CO3质量分数为0.3wt%时PMS-PNW-PZT陶瓷的“硬性”性能较佳,εT33 /ε0、kp、Qm、tanδ和的值分别为1828、0.47、840、0.42%和310pC/N,Lid332CO3质量分数为0.7wt%时,PMS-PNW-PZT的“软性”性能较佳,εT33 /ε0、kp、Qm、tanδ和的值分别为1954、0.49、733、0.5%和343 pC/N。d33为了提高材料Qm ,研究了在不同烧结温度下LiBiO2对PMS-PNW-PZT压电陶瓷物相结构,微观形貌和机电性能的影响。结果表明,当LiBiO2质量分数为0.3wt%,烧结温度为1050oC时,可得到相对较好的综合性能,此时、、、εT33 /ε0kpQm tanδ和d33的值分别为1213、0.32、1917、0.55%和200pC/N。为了进一步提高压电陶瓷的综合性能,研究了在不同烧结温度下,Li2CO3质量分数为0.3wt%时,ZnO对PMS-PNW-PZT压电陶瓷物相结构,微观形貌和机电性能的影响。结果表明,当ZnO质量为1.0wt%时,在1050oC的烧结温度下,、、、εT33 /ε0kp Qm tanδ和d 33的值分别为2277、0.52、1691、0.96%和341pC/N;在1100oC的烧结温度下,εT33 /ε0、kp、Qm、tanδ和的值分别为2412、0.58、1023、0.7%和368pC/N。d33为了更好的实现低温烧结,研究了在不同烧结温度下LiW摩尔含量对PMS-PLW-PZT压电陶瓷物相结构,微观形貌和机电性能的影响。结果表明,当烧结温度为1100oC,LiW摩尔含量为0.03mol时,得到的陶瓷综合性能较佳,此时εT33 /ε0、kp、Qm、tanδ和d33的值分别为1386、0.39、1836、0.4%和197pC/N。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-21
  1.1 引言  8-9
  1.2 压电陶瓷的压电性质、应用及发展现状  9-13
    1.2.1 压电效应[1]  9
    1.2.2 压电陶瓷材料的重要参数  9-10
    1.2.3 压电陶瓷的发展现状  10-13
    1.2.4 压电陶瓷的应用  13
  1.3 压电变压器的发展现状、应用和及对材料的要求  13-16
    1.3.1 压电变压器的发展现状  13-15
    1.3.2 压电变压器对材料的要求  15-16
    1.3.3 压电变压器的应用  16
  1.4 低温烧结常用方法  16-20
    1.4.1 添加烧结助剂法  17
    1.4.2 物理及化学制粉法  17-18
    1.4.3 烧结工艺改进法  18-19
    1.4.4 各种方法的比较  19-20
  1.5 课题的提出及研究内容  20-21
第二章 实验过程及性能测试  21-24
  2.1 原料及设备  21-22
  2.2 制备工艺  22
  2.3 性能测试及实验仪器  22-24
    2.3.1 体积密度  22
    2.3.2 压电应变常数d_(33)  22
    2.3.3 相对介电常数ε_(33)~T/ε_0 和介电损耗tanδ  22-23
    2.3.4 机械品质因数Q_m 和机电耦合系数k_p  23
    2.3.5 显微结构及其相组成  23-24
第三章 Li_2C0_3对PMS-PNW-PZT压电陶瓷低温烧结性能的影响  24-32
  3.1 物相分析  24-25
  3.2 显微形貌分析  25-27
  3.3 机电性能  27-31
  3.4 本章小结  31-32
第四章 LiBi0_2对PMS-PNW-PZT压电陶瓷低温烧结性能的影响  32-40
  4.1 物相分析  33
  4.2 显微形貌分析  33-35
  4.3 机电性能  35-39
  4.4 本章小结  39-40
第五章 ZnO对PMS-PNW-PZT压电陶瓷低温烧结性能的影响  40-52
  5.1 烧结温度对PMS-PNW-PZT压电陶瓷的影响  40-44
    5.1.1 物相分析  41
    5.1.2 显微形貌分析  41-43
    5.1.3 机电性能  43-44
  5.2 ZnO质量分数对PMS-PNW-PZT压电陶瓷的影响  44-50
    5.2.1 物相分析  45
    5.2.2 显微形貌分析  45-48
    5.2.3 机电性能  48-50
  5.3 本章小结  50-52
第六章 LiW对PMS-PLW-PZT压电陶瓷低温烧结性能的影响  52-60
  6.1 物相分析  52-53
  6.2 显微形貌分析  53-55
  6.3 机电性能  55-58
  6.4 本章小结  58-60
第七章 结论  60-61
参考文献  61-68
发表论文和参加科研情况说明  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变压器：按作用性能分
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