PMNT定向压电陶瓷的制备与电性能研究

摘要

(1-x)Pb(Mg<,1/3>Nb<,2/3>)O<,3-x>PbTiO<,3>(PMNT)弛豫铁电固溶体在准同型相界附近具有非常优异的介电和压电性能,因此在压电换能器、高应变驱动器、医用超声成像等高技术领域有着非常诱人的应用前景.由于定向陶瓷集单晶与陶瓷的优点于一身,其性能可与单晶相媲美,而且易满足大尺寸要求,均匀性与机械加工性能较好.因此,本文将对定向凝固法制备高性能PMNT定向陶瓷进行研究.本文采用定向凝固法成功地制备出了PMNT定向陶瓷,并对其结晶习性进行了研究.结果表明PMNT定向陶瓷的结晶取向同坩埚下降速度、陶瓷组分密切相关,随着坩埚下降速度的提高或PT组分的减少,PMNT定向陶瓷的织构取向由[111]逐渐向[011]转变.并用负离子配位多面体生长基元理论模型探讨了PMNT的生长机制,以及结晶习性同坩埚下降速度和PMNT组分的关系.系统研究了PMNT定向陶瓷的电学性能以及性能与陶瓷组分、织构取向的关系.结果表明,[011]、[013]、[112]和[012]等取向的PMNT70/30陶瓷具有非常优异的介电、压电和电致伸缩性能.例如[112]取向的PMNT70/30陶瓷,ε<,r>~4070,d<,33>~1500-1600pC/N,s~0.23﹪(E=22kV/cm),k<,t>0.51,k<,33>~0.82.定向陶瓷的介温特性研究结果表明,在极化过程中,第三相单斜相或正交相被电场诱导产生,这是PMNT定向陶瓷具有高压电活性的本质原因.对定向凝固法制备的PMNT定向陶瓷的性能波动情况进行了分析.PMNT定向陶瓷在生长过程中发生了组分分凝,毛坯底部与顶部的织构取向亦有所差别,在影响PMNT定向陶瓷电性能的各因素的综合作用下,定向陶瓷性能的波动很小.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2研究内容与目标

第二章文献综述

2.1弛豫铁电体的结构与性能特征

2.1.1基本概念

2.1.2弛豫铁电体的性能特征

2.2负离子配位多面体生长基元理论模型

2.2.1模型的提出

2.2.2模型的基本思想

2.2.3模型的合理性

2.3场致相变

2.3.1相与相界

2.3.2居里温度与阈值电场强度

2.3.3电畴态的转变

2.3.4场致相变与化学有序-无序转变

2.3.5电场对铁电-铁电相变温度的影响

2.4 Fu和Cohen的极化旋转理论

第三章PMNT定向陶瓷的制备与结晶习性

3.1 PMNT定向陶瓷的制备

3.1.1制备方法与装置

3.1.2坩埚材料的选择与加工制作

3.1.3原料的配比与制备

3.1.4定向陶瓷制备工艺

3.1.5陶瓷加工

3.2实验结果

3.2.1 PMNT定向陶瓷的形貌与光学显微结构

3.2.2 PMNT定向陶瓷的密度

3.2.3 PMNT定向陶瓷的织构分析

3.2.4 PMNT定向陶瓷的微观结构

3.3 PMNT定向陶瓷的生长机制与结晶习性

3.4小结

第四章PMNT定向陶瓷的电学性能

4.1性能测试实验

4.2实验结果

4.2.1 PMNT定向陶瓷的电畴结构

4.2.2 PMNT定向陶瓷的电性能

4.2.3场致应变

4.3讨论

4.3.1定向陶瓷的组分分凝

4.3.2定向陶瓷的织构取向

4.3.3定向陶瓷的结构缺陷

4.3.4定向陶瓷内的空间电荷

4.3.5定向陶瓷的极化工艺

4.3.6定向陶瓷的性能波动情况

4.4小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

作者攻读学位期间公开发表的学术论文、科技成果

致谢

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