论文题目: PZT压电陶瓷纳米晶粉体合成及掺杂改性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 刘海涛
导师: 曹茂盛
关键词: 压电,纳米晶粉末,掺杂,准同型相界
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 纳米粉体制备和掺杂改性技术的应用为压电陶瓷材料的性能改进提供了一条新的途径。本文研究了纳米晶PZT粉体的制备和各种添加剂，如La3+、CNTs和γ′-Fe4N对PZT压电陶瓷物理、介电及压电性能的影响。 近些年报道了大量均一、纯相PZT粉末的化学合成技术。其中溶胶-凝胶和水热合成是比较重要的技术。本文介绍了一种在相对较低的温度下，利用相对廉价的原料，通过结合这两种方法的优点合成纯相、均一、纳米晶PZT粉末的技术。由此可以制备组成和结构均一的PZT陶瓷。 选取了组成近于MPB的组成Pb(Zr0.52Ti0.48)O3进行研究。利用Pb（NO3）2、Zr（NO3）4·5H2O、Ti（OC4H9）4作为原料，NaOH作为矿化剂，通过DSC／TGA、FT-IR、XRD和SEM对合成粉体进行了分析和表征。PZT相在220℃开始出现，270℃2h合成了纯相纳米晶PZT粉末。这可以用来在较低的温度下制备PZT陶瓷，而且其性能可以和传统方法制备的陶瓷相媲美。纳米晶粉末经1150℃2h烧结的PZT陶瓷，平均晶粒尺寸为1.5μm，相对密度达到97.5％。压电常数d33=220pC／N，介电常数ε33T／ε0=1006，机电耦合系数Kp=0.5，机械品质因数Qm=410。研究表明这种合成方法对合成纳米晶PZT粉末是有效的，加之廉价的原料成本，使得此方法具有工业应用价值，也可以应用于和PZT相似材料的制备。 讨论了La3+掺杂对PZT陶瓷的物理、介电及压电性能的影响。La3+按如下表达式进行掺杂：Pb1xLax(Zr0.52Ti0.48)1-x／4O3，其中x（摩尔分数）=0.00，0.01，0.02，0.03，0.04，0.05和0.1。La3+的掺杂使得ε33T／ε0、Kp、d33得到提高，Qm降低。最高值ε33T／ε0=4500，Kp=0.55，d33=230pC／N，最低值，Qm=70。 讨论了CNTs掺杂对PZT陶瓷的物理性能、介电及压电性能的影响。CNTs的掺杂量（wt.％）为0.0，0.1，0.2，0.3，0.4和0.5。CNTs的掺杂使得
论文目录:
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 PZT压电陶瓷
1.2.1 钙钛矿结构特征
1.2.2 钛酸铅晶体结构
1.2.3 PbZrO_3晶体结构
1.2.4 锆钛酸铅(PZT)结构特点
1.3 压电陶瓷的主要性能参数
1.3.1 机械品质因数
1.3.2 机电耦合系数
1.3.3 压电常数
1.3.4 介电常数
1.3.5 介质损耗
1.4 锆钛酸铅(PZT)超细粉体制备技术研究进展
1.4.1 固相法
1.4.2 液相法
1.4.3 复合法
1.5 锆钛酸铅(PZT)的掺杂改性研究
1.5.1 掺杂对锆钛酸铅(PZT)电性能的影响
1.5.2 掺杂对锆钛酸铅(PZT)烧结性能的影响
1.6 选题的目的、意义及研究内容
1.6.1 研究体系的选择
1.6.2 粉体合成方法的确定
1.6.3 原料试剂的优化
1.6.4 掺杂改性研究
第2章 纯相PZT纳米晶粉体溶胶-水热合成
2.1 引言
2.2 实验
2.2.1 主要原料试剂
2.2.2 主要仪器
2.2.3 实验过程
2.3 测试
2.4 结果与讨论
2.4.1 成分的选择
2.4.2 原料试剂的选择
2.4.3 XRD分析
2.4.4 FT-IR分析
2.4.5 SEM分析
2.4.6 DSC／TGA分析
2.4.7 PZT水热合成反应机理
2.5 本章小结
第3章 PZT纳米晶粉体的烧结及压电性能
3.1 引言
3.2 实验
3.2.1 原料
3.2.2 主要仪器
3.2.3 实验过程
3.2.4 性能测试及表征
3.2.5 结果与讨论
3.3 本章小结
第4章 稀土掺杂对PZT陶瓷烧结、物理及压电性能的影响
4.1 引言
4.2 实验过程
4.2.1 原料
4.2.2 实验
4.2.3 测试及表征
4.3 结果和讨论
4.3.1 La~(3+)掺杂对PZT物理、晶化性能及形貌的影响
4.3.2 La~(3+)掺杂对PZT介电和压电性能的影响
4.4 本章小结
第5章 碳纳米管掺杂对PZT陶瓷烧结、物理及压电性能的影响
5.1 引言
5.2 实验
5.3 结果和讨论
5.3.1 CNTs掺杂对PZT物理、晶化性能及形貌的影响
5.3.2 CNTs掺杂对PZT陶瓷介电和压电性能的影响
5.4 本章小结
第6章 γ′-Fe_4N纳米粒子合成及其掺杂对PZT陶瓷烧结、物理及压电性能的影响
6.1 引言
6.2 合成系统与反应过程
6.2.1 合成系统
6.2.2 反应过程
6.3 合成参数的确定
6.3.1 原料预处理参数确定
6.3.2 合成工艺参数的确定
6.4 粒子成核与相转移反应模型
6.4.1 成核后期粒子的生长与凝并机制
6.4.2 相转移过程及二次生长
6.5 相转移前后粒子性能表征
6.6 γ′-Fe_4N掺杂对PZT陶瓷烧结、物理及压电性能的影响
6.6.1 实验
6.6.2 结果和讨论
6.7 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
发布时间: 2006-10-13
参考文献
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