凝胶注模成型法制备PZT压电陶瓷

摘要

锆钛酸铅陶瓷(PZT)作为能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料是至今为止应用最广泛的压电陶瓷材料。凝胶注模成型技术是一种新颖的原位凝固成型方法，能够获得高密度、高强度、均匀性好的复杂形状的坯体。该成型技术在结构陶瓷的制备中已得到了成功的应用和发展，但在压电陶瓷中的应用却少见报道。如今对于压电陶瓷产品的形状复杂程度要求越来越高，将凝胶注模成型技术应用到压电陶瓷制备中有重要的意义。
　　 本文研究了凝胶注模成型工艺制备PZT陶瓷的相关技术。讨论了pH值，搅拌时间，分散剂用量以及固相体积含量对PZT陶瓷浆料流动性的影响。研究得到以下结果:当pH=12，分散剂PMAA-NH4的添加量为陶瓷粉料质量的0.15wt％，以3000r/min的转速搅拌15min时，PZT浆料的粘度最低，所制备浆料的最高固相体积含量达60vol％时仍具有较好流动性。论文研究了凝胶注模成型PZT陶瓷时凝胶固化时间的影响因素。研究发现，丙烯酰胺单体用量越多，凝胶固化的时间越短，同时生坯强度等性能随之改变。在确定单体用量的情况下，实验通过调节引发剂和催化剂加入量来准确控制凝胶固化时间。综合各方面因素，认为引发剂和催化剂的添加量为单体质量的2.5％和1.25％较为适宜。
　　 论文同时研究了各因素对成型坯体和烧结体性能的影响规律。研究发现，坯体抗压强度随着单体添加量的增加而增大，单体的最佳用量为陶瓷粉体的2.0wt％。随着固相体积含量的加大，坯体的密度增大，线收缩率减小，但抗压强度先增大后减小，固相体积含量在47.5vol％时坯体抗压强度达到最大值30MPa。研究发现，当固相体积含量为52.5vol％时，烧结体的显微结构最致密，晶粒大小均匀，PZT制品综合性能最佳。该条件下PZT烧结体密度为7.35g/cm3，压电常数357×10-12C/N，介电常数1327.5，介电损耗0.043，电学性能达到了干压成型制品的水平。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 PZT陶瓷概述

1．2．1 PZT压电陶瓷性能简介

1．2．2 PZT压电陶瓷的应用和发展趋势

1．3 陶瓷成型工艺概述

1．4 凝胶注模成型概述

1．4．1 凝胶注模成型原理及工艺流程

1．4．2 凝胶注模成型工艺的特点

1．4．3 凝胶注模成型的凝胶体系和研究现状

1．4．4 凝胶注模成型工艺的关键

第二章 实验部分

2．1 实验原料及主要设备仪器

2．1．1 实验原料及来源

2．1．2 实验装置与仪器

2．2 实验准备

2．2．1 溶液配制

2．2．2 固相体积分数的计算

2．3 凝胶注模成型PZT陶瓷的工艺流程

2．4 性能测试

第三章 PZT陶瓷浆料性质的研究

3．1 陶瓷粉体的分散理论

3．1．1 陶瓷颗粒所受作用力原理

3．1．2 浆料的稳定分散机理

3．2 PZT陶瓷浆料流变性的研究

3．2．1 pH值对浆料粘度的影响规律

3．2．2 分散剂用量对浆料粘度的影响

3．2．3 搅拌时间对浆料粘度的影响

3．2．4 固相体积含量对浆料粘度的影响

3．3 小结

第四章 浆料的固化、干燥及脱胶工艺的研究

4．1 浆料的凝胶固化

4．2 影响凝胶固化时间因素的研究

4．2．1 单体(AM)含量对凝胶固化时间的影响

4．2．2 引发剂用量对凝胶时间的影响

4．2．3 催化剂用量对凝胶固化时间的影响

4．3 坯体的干燥

4．4 生坯脱胶制度的确定

4．5 小结

第五章 PZT生坯与烧结体性能分析

5．1 生坯性能分析

5．1．1 单体用量对PZT陶瓷坯体的抗压强度的影响

5．1．2 固相体积含量对坯体体密度和线收缩率的影响

5．1．3 固相体积含量对生坯抗压强度的影响

5．2 烧结体性能分析

5．2．1 固相体积含量对烧结体线收缩率和体密度的影响

5．2．2 固相体积含量对PZT烧结体压电性能的影响

5．2．3 固相体积含量对PZT制品介电常数和介质损耗的影响

5．2．4 凝胶注模成型法与干压成型法制备PZT陶瓷体性能对比

5．3 显微结构分析

5．3．1 不同固相含量PZT烧结体及干压成型PZT烧结体显微结构分析

5．4 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文