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《清华大学》 2011年
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高性能多孔锆钛酸铅陶瓷的制备及性能表征

杨安坤  
【摘要】:多孔锆钛酸铅(PZT)陶瓷是一种重要的压电复合陶瓷,能够改善和优化致密PZT陶瓷作为换能材料在水声、电声和超声方面的应用性能。本文探索使用以叔丁醇(TBA)为溶剂的凝胶注模成型(Gel-casting)工艺制备多孔PZT陶瓷,证实了此方法的可行性,制备出具有高孔隙率、高静水压优值、低声阻抗的多孔PZT陶瓷。 本文优化了TBA基凝胶注模成型工艺从浆料、坯体到烧结体的各个阶段的工艺参数,使之成为制备多孔PZT陶瓷的一种成熟的工艺方法。本文制备得到的多孔PZT陶瓷具有均匀一致的孔隙结构,最高孔隙率达58.6%,最大静水压优值22299×10~(-15)Pa~(-1),最低声阻抗3.0Mrayls。 其次,为揭示TBA基凝胶注模工艺在制备多孔PZT陶瓷上的优越性,本文选取目前多孔PZT陶瓷制备方法中应用最为广泛的添加造孔剂工艺(BURPS,Burnable Plastic Spheres)与之进行对比实验,从微观结构到宏观性能进行了比较分析。研究发现,TBA基凝胶注模工艺的优势在于它能够制备得到均匀可控的结构。 此外,本文通过烧结条件对多孔PZT陶瓷微观结构的影响,探讨了工艺条件、结构、性能三者的关系。研究发现,通过控制烧结温度可以调节陶瓷体的孔隙率和晶粒尺寸进而调控性能。在此基础上,本文还进一步设计实验,尝试在排除孔隙率作用的前提下深入研究晶粒尺寸的单独影响,并提供可能的解释。 最后,本文详细研究了多孔PZT陶瓷的介电性能,重点分析了孔隙率对介电常数谐振行为的影响。研究发现,通过孔隙率来简化材料的谐振模式,是提高机电耦合系数的一个重要思路。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ174.6

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