偏铌酸铅高居里温度压电陶瓷的改性研究
【摘要】：
本文采用传统电子陶瓷方法制备了偏铌酸铅(PbNb_2O_6，简称PN)基高居里温度压电陶瓷，系统研究了材料的制备工艺与结构、压电性能的关系，分析了PN基陶瓷的组成、结构与压电性能之间的联系，并结合实验结果探讨了PN基陶瓷的铁电性对压电性能的影响。
研究了PN基陶瓷的合成温度、烧成温度、冷却方式对样品晶体结构与压电性能的影响。结果表明：合适的合成温度为850～900℃，保温2h，陶瓷的烧结温度在1245～1255℃，保温2h，通过掺杂使PN基压电陶瓷在自然冷却的条件下形成具有铁电性的斜方钨青铜结构。研究了极化工艺条件对PN基陶瓷压电性能的影响，发现极化电场强度和极化温度对陶瓷的压电性能有较大的影响，而极化时间的影响相对较小。适宜的极化电场是4.5 kV／mm，极化温度为160～170℃，极化时间为15 min。
研究了0.3 wt％MnO_2-(Pb_(1-x)Ba_x)Nb_2O_6体系(简称PBMN)陶瓷的结构、压电及其介电性能。XRD分析表明，经过烧结，PBMN体系由合成时的三方非铁电相转变为斜方铁电相。陶瓷材料的居里温度测试结果表明该体系具有较高的居里温度T_c(490～550℃)，其压电性能随着Ba~(2+)掺入量的增加明显提高，当x=0.05 mol时，陶瓷的压电常数d_(33)达到最大值，为70 pC／N，居里温度T_c为510℃，介电常数ε_(33) ~T／ε_0=326，介质损耗tanδ为1％。
研究了(1-2y)PbNb_2O_6-ySrTiO_3-yTiO_2体系(简称PST)陶瓷的结构、压电、介电及其铁电性能。测定了该体系陶瓷材料在1、10、100 kHz下的介电常数-温度曲线，发现该体系陶瓷是一类弛豫型铁电体材料，并具有较高的居里温度T_c(500～560℃)。同时，Sr~(2+)和Ti~(4+)的掺杂降低了PN陶瓷的剩余极化强度P_r和矫顽电场E_c，当y=0.02时具有较高的剩余极化强度P_r和较低的矫顽电场E_c，相应的材料的压电、介电性能最好，压电常数和机电耦合系数达到最大值，分别为d_(33)=83 pC／N，k_t=34.9％；机械品质因数和介质损耗达到最小值，分别为Q_m=12，tanδ=1.5％，并具有较高的居里温度T_c=550℃。
【关键词】：偏铌酸铅 钨青铜结构 掺杂 高居里温度
【学位授予单位】：景德镇陶瓷学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TQ174.75
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2007.214020
【目录】：
【学位授予单位】：景德镇陶瓷学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TQ174.75
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2007.214020
【目录】：
- 摘要3-4
- Abstract4-8
- 1 引言8-10
- 2 文献综述10-25
- 2.1 压电材料和铁电材料概述10-14
- 2.1.1 压电材料及其分类10-11
- 2.1.2 铁电材料及其特点11-14
- 2.2 高居里温度压电陶瓷材料的研究现状14-23
- 2.2.1 高居里压电材料的种类及其特点14-19
- 2.2.2 钨青铜型晶体材料的分子设计19-21
- 2.2.3 偏铌酸铅基压电陶瓷的研究现状及进展21-23
- 2.3 本研究的总体思路、研究内容及其意义23-25
- 3 实验25-31
- 3.1 陶瓷样品的制备工艺过程25-26
- 3.1.1 主要原料25
- 3.1.2 配方组成25-26
- 3.1.3 实验仪器与设备26
- 3.1.4 陶瓷样品的制备工艺流程26
- 3.2 陶瓷样品的结构及其性能表征方法26-31
- 3.2.1 热分析26-28
- 3.2.2 XRD物相结构分析28
- 3.2.3 陶瓷样品的线收缩率和体积密度测试28
- 3.2.4 陶瓷样品的介电性能和居里温度的测试28-29
- 3.2.5 陶瓷样品的压电性能测试29
- 3.2.6 陶瓷样品的铁电性能测试29-31
- 4 PN基高居里温度压电陶瓷的制备工艺研究31-41
- 4.1 制备工艺条件对材料结构与性能的影响31-37
- 4.1.1 合成温度对晶体结构及压电性能的影响31-34
- 4.1.2 烧成工艺对压电性能的影响34-37
- 4.2 陶瓷的极化工艺对材料压电性能的影响37-39
- 4.2.1 极化电场对压电性能的影响37-38
- 4.2.2 极化时间对压电性能的影响38
- 4.2.3 极化温度对压电性能的影响38-39
- 4.3 本章小结39-41
- 5 0.3wt%MnO_2-(Pb_(1-x)Ba_x)Nb_2O_6体系高居里温度压电陶瓷的组成、结构与电性能研究41-47
- 5.1 引言41
- 5.2 PBMN陶瓷的组成与晶体结构研究41-42
- 5.3 PBMN陶瓷的介电性能42-45
- 5.3.1 PBMN陶瓷的介电性能42-44
- 5.3.2 PBMN体系陶瓷的居里温度44-45
- 5.4 PBMN陶瓷的压电性能45-46
- 5.5 本章小结46-47
- 6 (1-2y)PbNb_2O_6-ySrTiO_3-yTiO_2体系高居里温度压电陶瓷的组成、结构与电性能研究47-59
- 6.1 引言47
- 6.2 PST体系陶瓷的组成与晶体结构研究47-48
- 6.3 PST体系陶瓷的体积密度48-49
- 6.4 PST体系陶瓷的介电性能49-53
- 6.4.1 PST体系陶瓷的介电弛豫49-53
- 6.4.2 PST体系陶瓷的居里温度53
- 6.5 PST陶瓷的压电性能53-56
- 6.6 PST体系陶瓷的铁电性能56-58
- 6.6.1 组成对PST体系陶瓷铁电性能的影响56-57
- 6.6.2 PST体系陶瓷的铁电与压电性能的相关性57-58
- 6.7 本章小结58-59
- 7 结论59-60
- 致谢60-61
- 参考文献61-67
- 攻读硕士学位期间发表的论文67
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| 【参考文献】 | ||
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| 【共引文献】 | ||
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| 【二级参考文献】 | ||
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| 【相似文献】 | ||
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