论文题目: PZT基压电陶瓷的掺杂改性和低温烧结研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料物理与化学
作者: 路朋献
导师: 朱满康
关键词: 压电陶瓷,掺杂,低温烧结
文献来源: 北京工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: PZT基压电陶瓷材料具有性能稳定、机电性能优异、容易制造、价格低廉等优点,已被广泛应用于电子元器件中。而0.2PZN-0.8PZT体系和0.02PNW-0.07PMN-0.91PZT体系具有优异的压电性能和良好的烧结特性。为了进一步提高其压电性能、改善烧结性能,分别对两个体系进行了掺杂改性和低温烧结实验。通过掺杂改性实验,揭示了掺杂的微观作用机制,确定了Cr2O3和Fe2O3的固溶限度,科学解释了压电性能的极值变化,具有较高的理论意义和实用价值。本论文提供了一种分析掺杂诱导的两相共存压电陶瓷的微观结构变化的有效方法——拉曼散射。通过低温烧结研究,获得的具有良好电学性能的950oC烧结的压电陶瓷,在大功率压电变压器上具有较好的应用前景,有助于降低多层压电器件的生产成本。Cr2O3和Fe2O3 掺杂的0.2PZN-0.8PZT 陶瓷的电学性能得到进一步优化。Cr2O3和Fe2O3在钙钛矿晶格中的固溶限度在0.3wt%附近。在固溶限度内,Cr2O3和Fe2O3 能有效溶入主晶格,导致三方-四方相变和四方畸变,并促进晶粒长大和烧结致密。最优的压电性能在固溶限度处获得。这种极值型变化应归因于受主掺杂对相结构、畴壁移动和晶界迁移的影响。Raman 散射被用于研究掺杂引起的0.2PZN-0.8PZT 陶瓷微观结构的变化。在分析PZT 陶瓷Raman 光谱的基础上,对0.2PZN-0.8PZT 陶瓷的Raman 振动模式进行了标定。通过分析不同振动模式的Raman 位移及相对强度,确定了Cr2O3和Fe2O3掺杂引起的相结构转变趋势,并解释了四方度和居里温度变化的原因。该结论与XRD 分析结果是一致的。BiFeO+3 是一种典型的具有较低熔点的钙钛矿型化合物。为了实现PNW-PMN-PZT 体系的低温烧结,BiFeO3 被作为烧结助剂引入体系。加入10mol% BiFeO+3 可使PNW-PMN-PZT 体系的烧结温度从1200°C 降低到950°C,并仍保持良好的电学性能。研究表明,加入10mol% BiFeO3在950°C 烧结的陶瓷具有均匀、致密的晶粒,其性能达到较佳水平: ρ=7.4g/cm3,εr=1952,tanδ=0.006,d33=312pC/N,kp=0.498,Qm=617,TC=260°C。
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 压电陶瓷材料的研究现状及存在问题
1.2.1 压电陶瓷的压电效应与极化
1.2.2 压电陶瓷材料的发展历史
1.2.3 压电陶瓷的掺杂改性研究
1.2.4 压电陶瓷的低温烧结研究
1.3 研究的目的和内容
第2章 样品的制备及表征
2.1 样品的合成工艺路线
2.1.1 0.2PZN-0.8PZT 压电陶瓷的合成工艺路线
2.1.2 PNW-PMN-PZT 压电陶瓷的合成工艺路线
2.2 样品的表征
2.2.1 体积密度测量
2.2.2 XRD 分析
2.2.3 晶粒大小和晶界形貌
2.2.4 Raman 分析
2.2.5 介电性能测试
2.2.6 压电性能测试
2.3 本章小结
第3章 铬掺杂对0.2PZN-0.8PZT 压电陶瓷微观结构和电性能的影响
3.1 引言
3.2 研究体系的成分设计
3.3 实验结果与讨论
3.3.1 微观结构分析
3.3.2 介电性能
3.3.3 压电性能
3.4 本章小结
第4章 铁掺杂对0.2PZN-0.8PZT 压电陶瓷微观结构和电性能的影响
4.1 引言
4.2 实验结果与讨论
4.2.1 微观结构分析
4.2.2 介电性能
4.2.3 压电性能
4.3 本章小结
第5章 BiFeO_3 对 PNW-PMN-PZT 压电陶瓷低温烧结特性的影响
5.1 引言
5.2 研究体系的成分设计
5.3 实验结果与讨论
5.3.1 BiFeO)3加入量对950°C烧结陶瓷的低温烧结特性的影响
5.3.2 一定BiFeO_3加入量的陶瓷在不同温度下的烧结特性
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
发布时间: 2005-12-02
参考文献
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