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稀土掺杂钛酸铅系电子陶瓷的制备与表征

张衡  
【摘要】:钛酸铅(PbTiO_3,简称PT)是一种具有四方钙钛矿型结构的铁电材料,具有居里温度高、轴向比率大、介电常数小、压电各向异性大、稳定性好、性能参数易于调整等特点,是一种非常重要的压电陶瓷材料。但是由于PbTiO_3成为陶瓷的晶界能高、四方矫顽场大,晶格结构各向异性大(c/a=1.064),所以纯的PbTiO_3压电陶瓷难以用常规的技术制备,特别是难以烧结和进行充分的人工极化(由相变产生的体积变化过大而引起的),使其在应用方面受到了很大的限制。为了改善其烧结性能,有关学者曾作过很多研究,目前解决上述问题的方法有两种:一是减小钛酸铅的晶粒尺寸:另一是进行掺杂改性。 其中稀土掺杂更可以大大提高钛酸铅的性能。改性后的钛酸铅应用十分广泛,在高温高频领域作高频滤波器与高频换能器,在医疗上用作超声诊断,在工业上用作超声无损检测探伤、红外探测,此外还可以用作水下声纳与压电陶瓷叠层降压变压器等。 目前,钛酸铅系电子陶瓷粉体的制备方法主要有固相法、溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、水热法、气相法等等。各个方法都有各自的优点和缺点。根据钛酸铅中铅易挥发的特点,结合水热法制备钛酸铅可以在473K或更低温度下通过水热反应直接得到成品钛酸铅粉体省去了预烧的步骤,从而减少了铅的挥发。同时还可以减少粒子的粗化和团聚,最终提高陶瓷粉体的烧结性能,并得到良好的微观结构,从而提高陶瓷的物理和电学性能。因此,确定采用水热法制备钛酸铅粉体。再采用传统烧结方法烧结成为陶瓷。 本文的主要研究内容包括: 1.镧离子和铈离子掺杂钛酸铅粉体的合成 采用水热法分别合成了镧离子和铈离子掺杂的钛酸铅粉体。并分别对掺杂量、反应时间、碱度等条件对产品的影响进行了讨论。发现,在本实验的条件下,镧离子和铈离子都不易进入钛酸铅的晶格结构中。


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