论文题目: 二元系大功率压电陶瓷结构和性能的研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料学
作者: 李建华
导师: 孙清池
关键词: 二元系压电陶瓷,准同型相界,大功率,掺杂,温度稳定性
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 功率型压电陶瓷的应用日益广泛,如近年来迅速兴起的压电马达、压电驱动器、压电变压器、换能器等。作为大功率用压电陶瓷材料一般要求具有尽可能大的机电耦合系数（Kp≥0.5 ）和压电常数(d33≥350pC/N),高的机械强度、高的机械品质因子（Q≥500）、较小的介质损耗（tanδ≤0.5%）和高功率密度。在此基础上同时也要兼顾时间和温度稳定性。本文以固态氧化物为原料,用传统的固相反应法合成了Sr、Ce和Nb掺杂锆钛酸铅（系列A、系列B和系列C）二元系压电陶瓷,研究了组成和制备工艺对材料结构和性能的影响;对烧结后的样品进行了极化处理,从理论上阐述了各种掺杂改性的PZT陶瓷极化后材料的畴的变化原因,并从本质上分析了极化工艺对材料结构和性能的影响,为进一步对基础系统的掺杂改性研究提供了理论依据。实验结果表明:当Zr/Ti为54/46时,适量添加改性,在合成温度为900℃,烧成温度为1260℃条件下,可以得到综合性能优良的压电材料;对系列A,ε33T/ε0=1388, d(330=312pC/N, Kp=0.56, Qm=805, tanδ=0.35%, Tc=351℃。对于系列B当CeO2掺杂量为0.3wt%综合性能最好:ε33T/ε0=1620, d33=346pC/N, Kp=0.57, Qm=1000, tanδ=0.32%, Tc=378℃。对于系列C当Nb2O5掺杂量为0.05wt%综合性能最好ε33T/ε0 =1810, d33=412pC/N, Kp=0.63, Qm=326, tanδ=0.9%, Tc=367℃。适量进行掺杂能够提高材料的综合性能, CeO2、Nb2O5添加使PSZT晶相向四方向移动,各向异性减小,晶粒尺寸减小,温度稳定性增强,居里温度升高,掺杂改性后的PZT压电陶瓷可以用于一些大功率压电材料。本文通过利用X射线衍射（XRD）对合成后材料的晶相进行了分析;利用通过扫描电子显微镜（SEM）观察样品表面和断面的显微结构。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
前言
第一章 文献综述
1.1 压电效应
1.1.1 压电效应的产生机理
1.1.2 陶瓷的压电性
1.2 压电陶瓷的发展史
1.3 PZT 二元系压电陶瓷
1.4 掺杂改性
1.4.1 等价离子的置换
1.4.2 高价离子置换
1.4.3 低价离子的置换
1.5 制备压电陶的主要工艺
1.5.1 合成工艺
1.5.2 组成对烧结的影响
1.5.3 烧结工艺
1.5.4 极化工艺
1.6 压电陶瓷的主要性能参数
1.6.1 压电陶瓷的介电常数
1.6.2 压电系数
1.6.3 机械品质因子Qm
1.6.4 压电陶瓷的介电损耗
1.6.5 机电耦合系数Kp
1.7 压电陶瓷的应用
1.8 二元系大功率用压电陶瓷材料
1.9 压电陶瓷的温度稳定性
1.10 本文选择PZT 二元体系的理由
1.11 本课题研究的主要内容
第二章 实验过程及测试
2.1 原料及设备
2.2 实验准备
2.3 工艺选取
2.4 性能测试及仪器装置
2.4.1 介电常数ε及介电损耗tanδ
2.4.2 压电应变常数d_(33)
2.4.3 机电耦合系数Kp 和机械品质因素Qm
2.4.4 体积密度的测量
2.4.5 居里温度T_C
2.4.6 电阻率
2.4.7 显微结构及相组成
2.4.8 温度稳定性
第三章 结果与讨论
3.1 系列A：PSZT
3.1.1 预烧与烧结温度的选择
3.1.2 样品的XRD 测试及合成温度的确定
3.1.3 烧成温度的确定
3.1.4 烧银温度
3.1.5 极化工艺的确定
3.1.6 组成对居里温度的影响
3.1.7 组成对压电性能的影响
3.1.8 Sr~(2+)对压电性能的影响
3.1.9 组成与介电常数和损耗的关系
3.1.10 各组成点所在相区的确定
3.1.11 微观结构和组成的关系
3.1.12 频率温度稳定性
3.1.13 本章结论
3.2 系列B：PSZT+Ce
3.2.1 物相组成和XRD
3.2.2 显微结构
3.2.3 介电性能
3.2.4 压电性能
3.2.5 频率温度稳定性
3.2.6 本章结论
3.3 系列C：PSZT+Nb
3.3.1 物相组成 XRD
3.3.2 SEM 分析
3.3.3 压电性能和掺杂的关系
3.3.4 温度稳定性
3.3.5 本章结论
第四章 结论
参考文献
硕士期间发表论文情况
致谢
发布时间: 2007-04-17
参考文献
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