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《天津大学》 2005年
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二元系大功率压电陶瓷结构和性能的研究

李建华  
【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(K_p≥0.5 )和压电常数(d_(33)≥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,ε_(33)~T/ε0=1388, d_(330=312pC/N, K_p=0.56, Q_m=805, tanδ=0.35%, Tc=351℃。对于系列B当CeO_2掺杂量为0.3wt%综合性能最好:ε_(33)~T/ε_0=1620, d_(33)=346pC/N, Kp=0.57, Qm=1000, tanδ=0.32%, Tc=378℃。对于系列C当Nb_2O_5掺杂量为0.05wt%综合性能最好ε_(33)~T/ε_0 =1810, d_(33)=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, CeO_2、Nb_2O_5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。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TQ174

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