锰锶钡离子掺杂对PZT性能的影响

摘要

本文以锆钛酸铅(简称PZT)材料为研究对象,以固相合成法陶瓷制备技术为基础,合成主晶相为钙钛矿型结构的Zr/Ti比为52/48的PZT粉体.使用正交实验分析方法研究在不同的烧结温度下,Sr<'2+>、Ba<'2+>和Mn离子对PZT进行掺杂取代,及取代后对材料性能的影响.利用X射线衍射仪(XRD)分析合成后材料的晶相,利用能量分散谱仪(EDS)分析样品断面的元素,通过扫描电子显微镜(SEM)观察样品表面和断面的显微结构.,适当地提高烧结温度有助于材料的收缩率和体积密度的增大.正交试验结果分析表明,制备具有最优压电常数的PZT陶瓷的工艺为:Mn离子、Sr<'2+>、Ba<'2+>的掺杂量分别为1.5mol﹪、2.0mol﹪和1.0mol﹪,1260℃下烧结；样品的压电常数d<,33>为30lpC·N<'-1>.烧结温度对压电常数的影响最大,d<,33>随着烧结温度地提高而增大.最优相对介电常数的制备工艺为:Mn离子、Sr<'2+>、Ba<'2+>的掺杂量分别为1.5mol﹪、1.0mol﹪和1.0mol﹪,1220℃下烧结；样品的相对介电常数ε<'T><,33>为2311.Mn离子的浓度对相对介电常数的影响最为关键,当其掺杂量不超过1.5 mol﹪时,相对介电常数随Mn离子浓度的增加而增大. 经正交试验优化的两组样品,内部结构体均匀致密,颗粒大小均一,d<,33>值最大的样品的平均粒径约为15μm,ε<'T><,33>值最大的样品的平均粒径约为18μm.两组样品的压电与介电性能优异,抗老化性能良好.

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1引言

1.2压电效应与压电陶瓷

1.2.1压电效应的产生机理

1.2.2压电陶瓷概述

1.3本课题的研究目的及意义

2 PZT粉体的合成

2.1实验原料

2.2合成工艺路线

2.2.1水洗

2.2.2球磨

2.2.3混料

2.2.4预烧

2.3原料的粒度分析

2.3.1 ZrO2的粒度分析

2.3.2预烧原料的粒度分析

2.4 PZT粉体的相结构

2.5本章小结

3 PZT掺杂的工艺与性能的研究

3.1正交试验方案设计

3.2 PZT系陶瓷样品的制备工艺

3.2.1实验工艺流程

3.2.2掺杂原料的粒度测试

3.2.3成型

3.2.4排塑

3.2.5烧结

3.2.6上电极

3.2.7极化

3.3 PZT系陶瓷样品的表征

3.3.1陶瓷样品的形貌与结构分析

3.3.2线收缩率和体积密度的测量

3.3.3陶瓷样品的压电性能测试

3.3.4陶瓷样品的介电性能测试

3.4实验结果与分析讨论

3.4.1收缩率和体积密度的影响

3.4.2压电性能的研究

3.4.3介电性能的研究

3.4.4正交试验优化的样品的研究

3.5本章小结

4结论

致谢

参考文献

在校学习期间发表的论文