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《哈尔滨工业大学》 2006年
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PZT/IPN复合材料的制备和电性能研究

吴雪莲  
【摘要】： 综合利用锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷、互穿聚合物网络(IPN)两种材料各自的优点,制备了0-3型和1-3型PZT/IPN复合材料,并对其电性能进行了研究。 采用溶胶-凝胶法制备了PZT纳米陶瓷粉体和PZT陶瓷纤维。将PZT前驱体溶胶蒸馏浓缩至粘度急剧增大而成为凝胶时,挑丝得到PZT凝胶纤维,凝胶纤维与剩余凝胶经热处理得到PZT陶瓷纤维和PZT陶瓷粉体,纤维直径约为25μm~50μm、长度最大达7cm,粉体为纳米级颗粒。通过热分析和XRD,分析了热处理过程中PZT的晶型转变过程和晶粒大小的变化,从而确定了烧结程序。研究了粉体预热温度、频率、环境温度等工艺参数及条件对PZT陶瓷电性能的影响。 分别以PZT陶瓷粉体和陶瓷纤维为压电相,以同步互穿法制备的IPN为基体相,采用溶液混合法制备了0-3型PZT/IPN复合材料,采用纤维束灌注IPN的方法制备了1-3型PZT/IPN复合材料。研究了电晕极化处理方式对PZT陶瓷和PZT/IPN复合材料电性能的影响,确定了二者的极化参数。PZT/IPN复合材料形貌观察的结果显示:0-3型复合材料中PZT陶瓷粉体保持了粉体颗粒的尺寸和形状,且分布较均匀。1-3型合材料中PZT较好地保持纤维形态。对不同PZT含量的0-3型复合材料介电、压电性能进行了检测,结果表明:随着PZT陶瓷含量的增加,复合材料的电性能参数逐渐接近PZT陶瓷;温度、压电相的极化处理均显著影响复合材料的电性能。比较了PZT/IPN复合材料的0-3型和1-3型连通类型的电性能,结果表明:压电相含量均为75mass%时,1-3连通类型的介电、压电性能较好。
【关键词】：复合材料 介电性能 压电性能 锆钛酸铅 互穿聚合物网络
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TQ174.1
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2006.171369
【目录】：
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 绪论9-22
  • 1.1 课题背景9
  • 1.2 PZT压电陶瓷9-15
  • 1.2.1 材料的压电机理9-11
  • 1.2.2 PZT压电陶瓷概述11-12
  • 1.2.3 PZT陶瓷粉体制备方法研究现状12-13
  • 1.2.4 PZT陶瓷纤维制备方法研究现状13-15
  • 1.3 压电复合材料15-20
  • 1.3.1 压电复合材料简介15-16
  • 1.3.2 基体相的选择16-17
  • 1.3.3 0-3 型压电复合材料研究现状17-19
  • 1.3.4 1-3 型压电复合材料研究现状19-20
  • 1.4 论文研究的主要内容20-22
  • 第2章 实验及测试方法22-31
  • 2.1 实验药品与仪器22-23
  • 2.1.1 实验药品22
  • 2.1.2 实验仪器22-23
  • 2.2 PZT陶瓷纤维及陶瓷粉体的制备23-27
  • 2.2.1 PZT溶胶的制备23-24
  • 2.2.2 PZT陶瓷纤维的制备24
  • 2.2.3 PZT陶瓷粉体的制备24-26
  • 2.2.4 PZT陶瓷的极化26-27
  • 2.3 PZT/IPN复合材料的制备27-28
  • 2.3.1 IPN基体相的制备27
  • 2.3.2 0-3 型PZT/IPN复合材料的制备27-28
  • 2.3.3 1-3 型PZT/IPN复合材料的制备28
  • 2.3.4 PZT/IPN复合材料的极化28
  • 2.4 测试表征方法28-30
  • 2.4.1 差热-热重分析28
  • 2.4.2 XRD衍射分析28
  • 2.4.3 形貌观测28-29
  • 2.4.4 介电性能测试29-30
  • 2.4.5 压电性能测试30
  • 2.5 本章小结30-31
  • 第3章 PZT陶瓷粉体及纤维的性能研究31-42
  • 3.1 PZT粉体及纤维热处理程序的确定31-33
  • 3.2 热处理过程中PZT陶瓷粉体及陶瓷纤维的形貌33-36
  • 3.2.1 PZT陶瓷纤维的形貌33-35
  • 3.2.2 PZT陶瓷粉体的形貌35-36
  • 3.3 预热温度和极化处理对PZT陶瓷介电性能的影响36-38
  • 3.4 温度和极化处理对PZT陶瓷介电性能的影响38-39
  • 3.5 预热处理温度对PZT陶瓷压电性能的影响39-40
  • 3.6 本章小结40-42
  • 第4章 PZT/IPN复合材料的电性能研究42-57
  • 4.1 互穿聚合物网络（IPN）的电性能42-44
  • 4.1.1 IPN的介电性能42-44
  • 4.1.2 IPN的压电性能44
  • 4.2 0-3 型和1-3 型PZT/IPN复合材料的微观形貌44-46
  • 4.3 PZT/IPN复合材料极化条件的确定46-47
  • 4.3.1 极化场强46
  • 4.3.2 极化温度46-47
  • 4.3.3 极化时间47
  • 4.4 0-3 型PZT/IPN复合材料的介电性能47-52
  • 4.4.1 PZT质量含量对0-3 型PZT/IPN复合材料介电性能的影响47-49
  • 4.4.2 压电相极化处理对0-3 型PZT/IPN复合材料介电性能的影响49-50
  • 4.4.3 温度对0-3 型PZT/IPN复合材料介电性能的影响50-52
  • 4.5 0-3 型PZT/IPN复合材料的压电性能52-53
  • 4.5.1 PZT质量含量对0-3 型PZT/IPN压电性能的影响52-53
  • 4.5.2 压电相极化处理对0-3 型PZT/IPN复合材料压电性能的影响53
  • 4.5.3 粉体粒度对0-3 型PZT/IPN复合材料压电性能的影响53
  • 4.6 1-3 型PZT/IPN复合材料的电性能研究与比较53-55
  • 4.6.1 1-3 型PZT/IPN复合材料的介电性能53-55
  • 4.6.2 1-3 型PZT/IPN复合材料的压电性能55
  • 4.7 本章小结55-57
  • 结论57-58
  • 参考文献58-62
  • 攻读学位期间发表的学术论文62-63
  • 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明63
  • 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书63
  • 哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理63-64
  • 致谢64
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【参考文献】
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