钛酸钡基无铅压电陶瓷压电性能的研究

论文摘要

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。

论文目录

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