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锶、铁、钙等离子掺杂锆钛酸铅(PZT)系压电陶瓷结构和性能的研究

周华  
【摘要】:本文以固态氧化物为原料,用传统的固相反应法合成了Fe、Sr和Ca等离子掺杂锆钛酸铅(简称PZTF、PSZTF和PCZTF)二元系列压电陶瓷,研究了组成和制备工艺对材料结构和性能的影响。实验结果表明:当PZTF、PSZTF和PCZTF系列的Zr/Ti分别为51/49、52/48和52/48时,在合成温度分别为960℃、900℃和930℃,烧成温度分别为1290℃、1280℃和1280℃条件下,可以得到综合性能优良的压电材料;对PZTF系列而言,其主要参数分别为:Tc=352℃,ε_(33)~T /ε_0=1071,33=254~260 pC/N,Qm=850,Kp=0.55和tanδ=(0.32~0.34)%;对PSZTF系列而言,其主要参数分别为:Tc=337℃,ε3T3 /ε0=1200, d33=296~300 pC/N,Qm=970,Kp=0.65和tanδ=(0.27~0.29)%;对PCZTF系列而言,其主要参数分别为:Tc=311℃,ε3T3 /ε0=915, d33=276~280 pC/N,Qm=1500,Kp=0.59和tanδ=(0.24~0.26)%; 本文通过差热(DTA)和热重(TGA)实验对合成粉末的反应温度进行了分析,利用X射线衍射(XRD)对合成后材料的晶相进行了分析;利用X光电子能谱(XPS)对表面的元素和价态进行了分析;通过扫描电子显微镜(SEM)观察样品表面和断面的显微结构。 本文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。


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