锶、铁、钙等离子掺杂锆钛酸铅（PZT）系压电陶瓷结构和性能的研究

摘要

本文以固态氧化物为原料，用传统的固相反应法合成了Fe、Sr和Ca等离子掺杂锆钛酸铅(简称PZTF、PSZTF和PCZTF)二元系列压电陶瓷，研究了组成和制备工艺对材料结构和性能的影响。实验结果表明：当PZTF、PSZTF和PCZTF系列的Zr/Ti分别为51/49、52/48和52/48时，在合成温度分别为960℃、900℃和930℃，烧成温度分别为1290℃、1280℃和1280℃条件下，可以得到综合性能优良的压电材料；对PZTF系列而言，其主要参数分别为：Tc=352℃，εT33/ε0=1071，d33=254～260pC/N，Qm=850，Kp=0.55和tanδ=(0.32～0.34)％；对PSZTF系列而言，其主要参数分别为：Tc=337℃，εT33/ε0=1200，d33=296～300pC/N，Qm=970，Kp=0.65和tanδ=(0.27～0.29)％；对PCZTF系列而言，其主要参数分别为：Tc=311℃，εT33/ε0=915，d33=276～280pC/N，Qm=1500，Kp=0.59和tanδ=(0.24～0.26)％；本文通过差热(DTA)和热重(TGA)实验对合成粉末的反应温度进行了分析，利用X射线衍射(XRD)对合成后材料的晶相进行了分析；利用X光电子能谱(XPS)对表面的元素和价态进行了分析；通过扫描电子显微镜(SEM)观察样品表面和断面的显微结构。 本文对烧结后的样品进行了极化处理，从理论上阐述了各种掺杂改性的PZT陶瓷极化后材料的畴的变化原因，并从本质上分析了极化工艺对材料结构和性能的影响，为进一步对基础系统的掺杂改性研究提供了理论依据。

目录

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第一章绪论

1.1引言

1.2文献综述

1.2.1压电效应及压电陶瓷

1.2.2压电陶瓷的发展历史

1.2.3压电陶瓷的性能参数

1.2.4掺杂改性

1.2.5压电陶瓷的老化性能

1.2.6压电陶瓷的制备

1.2.7压电陶瓷的应用

1.2.8压电陶瓷的现状和发展趋势

1.3本课题的研究目的及意义

第二章实验方法和测试手段

2.1原料及设备

2.2配方的选择

2.3实验准备

2.4氧化物固相反应法制备压电陶瓷

2.4.1原料的混合和预烧

2.4.2样品的成型

2.4.3样品的烧结

2.5性能测试及仪器装置

2.5.1合成粉体差热分析实验

2.5.2样品烧结密度和径向收缩率的测量

2.5.3物相分析

2.5.4形貌分析

2.5.5压电性能的测试

2.5.6 X光电子能谱的分析

第三章结果讨论与分析

3.1材料制备工艺的研究

3.1.1合成粉末预烧温度的确定

3.1.2烧结温度的确定

3.1.3极化工艺的确定

3.2材料微观结构的研究

3.2.1准同型相界的研究

3.2.2制备工艺对材料微观结构的影响

3.2.3 X光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,简称XPS）

3.3材料的性能研究

3.3.1组成对材料性能的影响

3.3.2烧结温度对材料性能的影响

3.3.3掺杂对材料性能的影响

3.3.4材料老化性能的研究

3.3.5压电陶瓷在强场下的损耗

第四章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢