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低温烧结铌镁锑锰锆钛酸铅（PMMNS）压电陶瓷及性能研究

作　者: 常鹏
导　师: 刘彭义
学　校: 暨南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 五元系压电陶瓷 介电损耗 机械品质因数 低温烧结 掺杂
分类号: TM282
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 27次
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内容摘要


近年来,随着电子器件的集成化、微型化,传统的电磁式变压器由于易受电磁干扰、笨重、体积大等缺点,已逐渐不适应电子器件的发展,新型变压器的研制成为当前国际上的一个研究热点。压电变压器由于自身良好的品质,解决了电磁变压器面临的问题,有着广阔的应用前景。但在制备多层压电变压器时,内电极烧制的问题,要求降低陶瓷的烧结温度的同时,保证压电陶瓷材料的高性能。为了获得低温烧结且性能优良的多层压电陶瓷变压器用的压电陶瓷材料,本文系统研究了助烧剂SiO2、CuO-SiO2-Bi2O3-Ni2O3-Co2O3-Li2CO3共掺助烧剂对铌镁锑锰锆钛酸铅(PMMNS)压电陶瓷的烧结温度及压电陶瓷的机电性能的影响,并利用正交实验设计对配方进行系统全面的研究和改进,掌握各助熔剂对每个性能指标的影响和各性能指标随掺杂量的变化趋势。主要内容如下：采用二步合成法制备了五元系Pb(Mg1/3Nb2/3)0.05(Mn1/3Nb2/3)0.04(Mn1/3Sb2/3)0.01 Zr0.45Ti0.45O3+xSiO2(PMMNS)压电陶瓷,研究了不同SiO2量对其相结构、微观结构、介电性能及压电性能的影响。实验结果表明：在980℃的烧结温度,均可以得到纯的钙钛矿结构的PMMNS陶瓷。随着掺杂量的增加,物相组成由四方相向三方相转变,机械品质因数Qm、相对介电常数εr、机电耦合系数Kp、压电常数d33先增加后减小,介电损耗tanδ持续减小。SiO2掺杂量为0.1%得到最佳的综合性能：Qm=1475、εr=1762、Kp=0.51、d33=323 pC/N、tanδ=038%。在对PMMNS体系了解的基础上,采用正交实验设计方法设计PMMNS的配方。研究了共掺杂CuO-SiO2-Bi2O3-Ni2O3-Co2O3-Li2CO3对PMMNS陶瓷机电耦合性能、压电性能、介电性能等的影响。研究表明：机电耦合性能、压电性能、介电性能对每个掺杂剂的敏感度不同,不同掺杂剂所用剂量的范围对实验结果的影响大小各异,以及各性能指标随掺杂量的变化趋势。使我们能在做实验次数尽量少的情况下,找到最优配方。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 压电陶瓷材料的压电性  9-10
  1.3 压电材料的研究现状及进展  10-11
  1.4 低温烧结压电陶瓷材料的研究现状及低温烧结的主要方法  11-13
    1.4.1 低温烧结压电陶瓷材料的研究现状  11-12
    1.4.2 低温烧结的主要方法  12-13
  1.5 本课题研究背景、内容及意义  13-15
  参考文献  15-19
第二章 样品的制备和表征  19-27
  2.1 实验试剂及设备  19-20
    2.1.1 主要试剂  19
    2.1.2 实验设备  19
    2.1.3 检测设备  19-20
  2.2 样品的制备过程  20-22
  2.3 陶瓷样品的性能参数及微观测量  22-26
    2.3.1 机电耦合系数K_p  22-23
    2.3.2 压电常数d_(33)  23
    2.3.3 机械品质因数Qm  23-24
    2.3.4 介电损耗因子tanδ  24
    2.3.5 介电常数  24
    2.3.6 材料的物相及晶体结构分析  24
    2.3.7 材料的微观结构形貌分析  24-26
  参考文献  26-27
第三章 SiO_2掺杂低温烧结PMMNS压电陶瓷的结构性能  27-35
  3.1 研究背景  27
  3.2 体系的成分设计、制备与样品测试  27-28
  3.3 SiO_2掺杂对PMMNS陶瓷相结构的影响  28-30
  3.4 SiO_2掺杂对PMMNS陶瓷微观结构的影响  30
  3.5 SiO_2掺杂对PMMNS陶瓷机电性能的影响  30-33
  3.6 本章小结  33-34
  参考文献  34-35
第四章 正交试验设计法研究各掺杂量对PMMNS体系性能的影响  35-44
  4.1 正交试验设计  35-36
    4.1.1 正交实验设计概述  35
    4.1.2 正交表及其构成  35-36
    4.1.3 正交实验的程序  36
  4.2 利用正交实验设计PMMNS的配方  36-38
  4.3 多指标正交实验设计结果的综合平衡法  38-41
  4.4 优方案实验验证  41-42
  4.5 本章小结  42-43
  参考文献  43-44
第五章 单层Rosen型压电变压器的设计  44-52
  5.1 单层压电变压器工作原理和理论等效模型  44-48
    5.1.1 压电变压器基本原理  44
    5.1.2 压电变压器的理论等效电路模型  44-48
  5.2 单层Rosen压电变压器的设计  48-50
    5.2.1 变压器尺寸的设计  49-50
    5.2.2 变压器极化的探索  50
  5.3 本章小结  50-51
  参考文献  51-52
第六章 结论和展望  52-54
  6.1 结论  52-53
  6.2 展望  53-54
硕士期间发表的文章  54-55
致谢  55

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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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