PMN-PT钙钛矿相的合成及弛豫铁电陶瓷的制备

摘要

铅基弛豫铁电材料具有优异的介电、压电和电致伸缩性能,是一类具有广泛应用前景的新型功能材料.该文采用二次合成法制备了复合钙钛矿结构的铌镁酸铅-钛酸铅(1-x)Pb(Mg<,1/3>Nb<,2/3>)O<,3>-xPbTiO<,3>(简称PMN-PT,其中0≤x≤1)粉料,并以此预合成的粉料制得PMN-PT弛豫复合钙钛矿相铁电陶瓷.利用常量化学分析法、XRD、SEM和DTA/TGA等分析测试技术,结合PMN-PT陶瓷密度和压电等性能的测试,对材料组分、结构与性能特征进行系统研究.采用预合成的陶瓷粉料,经球磨、成型、排塑、铅保护气氛烧结等工艺,制得PMN-PT弛豫复合钙钛矿相铁电陶瓷.测试结果表明:组分为0.65PMN-0.35PT陶瓷的密度达到8.10g/cm<'3>,压电常数达到640pC/N.采用定量化学分析法对PMN-PT中的阳离子进行滴定分析.Pb<'2+>的化学分析结果表明:在850℃下合成PMN-PT钙钛矿相时,氧化铅的挥发量极少.在1200℃高温下烧结PMN-PT陶瓷时,氧化铅的挥发量达到3.9﹪(wt),而在同样条件下采用同组分的粉料埋烧时,氧化铅的挥发将大为降低.DTA/TGA分析结果表明:PMN-PT体系在650℃就开始形成钙钛矿相,在1200℃的条件下,PMN-PT钙钛矿相会有少量的铅挥发.热处理实验表明,合成的PMN-PT钙钛矿相在很宽的温度范围内是稳定的.在PMN-PT系统中,随着PT含量的增加,2θ=45°的XRD特征峰出现明显峰宽化现象,表明PMN-PT由三方相逐步向四方相转化.材料的性能研究表明,在PT含量x=0.30~0.35范围内,存在一准同型相界(MorphotropicPhaseBoundary,简称MPB),此时材料表现出优异的压电性能.当三方相和四方相的比例接近1:1时,材料的压电常数达到最高.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1铁电性与铁电体

§1.2铅基弛豫铁电体

§1.3铅基弛豫铁电材料的研究进展

1.3.1弥散相变

1.3.2铅基弛豫铁电材料的准同型相界

§1.4本工作的提出、研究目的和意义

§1.5论文总体设计方案

第二章复合钙钛矿相PMN-PT的合成

§2.1铅基弛豫复合钙钛矿相的合成理论

2.1.1钙钛矿相的热力学稳定性

2.1.2影响钙钛矿相合成的动力学因素

§2.2实验原料

§2.3铅基弛豫铁电体PMN-PT钙钛矿相的合成

2.3.1先驱体MgNb2O6的合成

2.3.2 PMN-PT钙钛矿相的合成

§2.4结果与讨论

2.4.2温度对MgNb2O6先驱体合成的影响

2.4.3 MgO过量对合成的影响

2.4.4氧化铅过量对PMN-PT钙钛矿相合成的影响

2.4.5温度对PMN-PT钙钛矿相合成的影响

2.4.6钙钛矿相PMN-PT的热处理

第三章PMN-PT弛豫铁电陶瓷的制备

§3.1弛豫铁电陶瓷的制备工艺

3.1.1原料的选取

3.1.2陶瓷粉料的制备

3.1.3坯体成型

3.1.4排塑

3.1.5陶瓷的烧结

3.1.6陶瓷样品加工、性能测试

§3.2 PMN-PT弛豫铁电陶瓷的制备工艺

§3.3结果和讨论

3.3.1烧结温度的影响

3.3.2组分的影响

3.3.3PbO过量的影响

第四章成份、物相分析和差热分析

§4.1化学分析

4.1.1化学分析过程及原理

4.1.2化学分析结果与讨论

§4.2 PMN-PT陶瓷形貌和成份分析

§4.3 X射线物相分析

4.3.1 X射线物相分析原理

4.3.2组分对PMN-PT相结构的影响

4.3.3相组成与PMN-PT材料性能的关系

§4.4热重分析和差热分析热重分析

4.4.1热重分析和差热分析

4.4.2 DTA和TGA测试结果及分析

第五章结论

参考文献

在学期间发表及待发表的研究论文

致 谢