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PMN-PT陶瓷的织构化制备技术研究

李东亮  
【摘要】:弛豫型铁电单晶xPb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-(1-x)PbTiO_3(PMN-PT)具有优异的介电、压电和电致伸缩性能,作为一类新型功能材料具有广泛的应用前景。(001)切型的PMN-PT织构多晶陶瓷具有可与单晶相媲美的性能,而且解决了单晶生长技术困难、成本高的问题。本论文采用了模板晶粒生长法(TGG),以(001)片状SrTiO_3和SrBi_4Ti_4O_(15)作为模板材料,综合利用了粉体定向技术、流延成型工艺和热压烧结方法制备出较高取向度的PMN-PT织构化陶瓷,并对材料的组分、结构与性能特征进行了系统研究。 采用流延成型工艺制备PMN-PT素坯膜片,实现了使片状粉体颗粒定向排列的目的。研究了不同粉体特性及各有机添加剂的不同配比对成膜性能的影响,针对不同粉料确定了有机添加剂的最佳组成。 本文选择了热压烧结和常压退火烧结相结合的工艺制度,将叠加在一起的多层流延膜片烧结成瓷。分析结果表明制得的织构陶瓷致密度较高,(001)方向上的取向度约为63%,改性后的PMN-PT陶瓷的介电常数和压电常数的各向异性都较为明显,在(001)方向上SrTiO_3掺入量为10vol%时压电常数达到480pc/N,与普通样品相比有了一定程度的提高。 在基体材料中添加PbO、B_2O_3和ZnO三种玻璃料,分析不同含量的玻璃料对织构陶瓷性能的影响。结果表明:随着添加剂含量的增加,样品的介电常数和介电损耗都有所上升,而压电性能有下降的趋势。但在PbO的掺入量为1wt%时,织构陶瓷的d_(33)达到568pc/N,较未掺杂的样品有了明显提高。这说明合适的玻璃料在适量掺杂情况下可以提高陶瓷材料的压电性能。 在此基础上,还利用(001)片状SrBi_4Ti_4O_(15)作为模板材料制备PMN-PT织构陶瓷。研究结果表明在SBT的掺入量为10vol%时得到d_(33)为390pc/N,而且随着工艺条件的改善,性能有望进一步的提高。以上实验结论表明,对于PMN-PT织构陶瓷而言,模板粒子的掺入量以10vol%左右为宜。


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