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高性能掺镧锆钛酸铅压电陶瓷制备工艺研究

魏伟  
【摘要】:掺镧锆钛酸铅(PLZT)压电陶瓷是一种应用广泛的智能材料,具有许多优良的特性,如压电、热电和光电性能。本文将机械合金化技术引入到陶瓷粉末的制备过程中,以获得具有良好烧结性能的超细粉末,制备细晶陶瓷,从而延长材料的使用寿命。 本文重点研究了球磨转速与球磨时间对粉末性能及材料介电、压电性能的影响;锆钛比与烧结温度对材料物相组成及介电、压电性能的影响。结果表明: 提高球磨转速,有利于提高粉末体系合金化反应速度。在相同球磨转速下,球磨时间适当延长有利于提高粉末烧结性能,但球磨时间过程过长反而导致粉末烧结性能的下降。 当64/36≤Zr/Ti≤66/34时,材料近于准同型相界;Zr/Ti=65/35时,所得密度最高,密度达到7.64g/cm3,介电、压电常数和机电耦合系数最大,分别为εr=1182,d33=136.8pc/N,Kp=0.284。 烧结温度在1000℃至1200℃时,陶瓷为PLZT相,陶瓷晶界清晰,平均晶粒尺寸小于1μm。而烧结温度为1250℃时,出现了ZrO2杂质相,晶粒略有粗化,晶界模糊。随着烧结温度的提高,陶瓷密度和硬度先升高后降低,在1100℃达到最大值,分别为7.64g/cm3和HV585.7。陶瓷的压电常数也同时到最大值136.8pc/N。 通过对球磨转速、球磨时间、Zr/Ti及烧结温度的研究,确定出最优的制备工艺参数分别为:400rpm、12h、65/35和1100℃


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