压电变压器用陶瓷材料低温烧结的研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 压电陶瓷的压电性质、应用及发展现状
• 1.2.1 压电效应[1]
• 1.2.2 压电陶瓷材料的重要参数
• 1.2.3 压电陶瓷的发展现状
• 1.2.4 压电陶瓷的应用
• 1.3 压电变压器的发展现状、应用和及对材料的要求
• 1.3.1 压电变压器的发展现状
• 1.3.2 压电变压器对材料的要求
• 1.3.3 压电变压器的应用
• 1.4 低温烧结常用方法
• 1.4.1 添加烧结助剂法
• 1.4.2 物理及化学制粉法
• 1.4.3 烧结工艺改进法
• 1.4.4 各种方法的比较
• 1.5 课题的提出及研究内容
• 第二章 实验过程及性能测试
• 2.1 原料及设备
• 2.2 制备工艺
• 2.3 性能测试及实验仪器
• 2.3.1 体积密度
• 33'>2.3.2 压电应变常数d₃₃
• 33^T/ε₀ 和介电损耗tanδ'>2.3.3 相对介电常数ε₃₃^T/ε₀和介电损耗tanδ
• m和机电耦合系数k_p'>2.3.4 机械品质因数Q_m和机电耦合系数k_p
• 2.3.5 显微结构及其相组成
• 2C0₃对PMS-PNW-PZT压电陶瓷低温烧结性能的影响'>第三章 Li₂C0₃对PMS-PNW-PZT压电陶瓷低温烧结性能的影响
• 3.1 物相分析
• 3.2 显微形貌分析
• 3.3 机电性能
• 3.4 本章小结
• 2对PMS-PNW-PZT压电陶瓷低温烧结性能的影响'>第四章 LiBi0₂对PMS-PNW-PZT压电陶瓷低温烧结性能的影响
• 4.1 物相分析
• 4.2 显微形貌分析
• 4.3 机电性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 ZnO对PMS-PNW-PZT压电陶瓷低温烧结性能的影响
• 5.1 烧结温度对PMS-PNW-PZT压电陶瓷的影响
• 5.1.1 物相分析
• 5.1.2 显微形貌分析
• 5.1.3 机电性能
• 5.2 ZnO质量分数对PMS-PNW-PZT压电陶瓷的影响
• 5.2.1 物相分析
• 5.2.2 显微形貌分析
• 5.2.3 机电性能
• 5.3 本章小结
• 第六章 LiW对PMS-PLW-PZT压电陶瓷低温烧结性能的影响
• 6.1 物相分析
• 6.2 显微形貌分析
• 6.3 机电性能
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢