【摘要】：隨著海洋現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展,發(fā)展性能更為優(yōu)異的水聲換能器意義非常重大。其中,大功率壓電陶瓷一直以來備受關(guān)注,常用作水聲換能器用壓電陶瓷的關(guān)鍵材料。為了滿足現(xiàn)代換能器的需求、降低強場損耗和強場非線性,運用多種方法抑制不可逆疇壁運動,同時保持良好的壓電性能顯得至關(guān)重要。因此針對這個問題,本文做的主要工作和結(jié)果如下:本文首先研究了鈉離子取代以及稀土元素和鐵離子共摻雜對Pb_(0.98)Sr_(0.02)(Mn_(1/3)Sb_(2/3))_(0.05)Zr_(0.48)Ti_(0.47)O_3(PMS-PZT)壓電陶瓷的強場性能的影響。其中,少量鈉離子取代會降低介電損耗tanδ,提高機械品質(zhì)因數(shù)Q_m和壓電性能。而當鈉離子含量過高時,會使得不可逆疇壁運動加強,從而增加強場非線性和強場損耗。最終在燒結(jié)溫度為1250℃,鈉離子取代量為x=0.5時取得最優(yōu)的綜合性能:tanδ=0.40%,Q_m=1790,ε_r=1443,d_(33)=376 pC/N,K_p=0.63,瑞利系數(shù)α_ε=0.48×10~(-3) m/V,500 V/mm處的強場介電損耗為2.05%。當稀土元素和少量Fe_2O_3摻雜共摻雜時,損耗性能得到改善,而當Fe_2O_3摻雜量過高時,晶粒尺寸增大,氣孔數(shù)量增多,使得損耗性能惡化,同時不可逆疇壁翻轉(zhuǎn)大大增加,增加了強場介電損耗。最終在燒結(jié)溫度為1150℃,鐵離子摻雜量為x=0.15時取得最優(yōu)的綜合性能:tanδ=0.29%,Q_m=1500,ε_r=1055,d_(33)=360pC/N,K_p=0.61,瑞利系數(shù)α_ε=0.60*10~(-3) m/V,500 V/mm處的強場介電損耗為2.76%。本文其次研究了NaCl-KCl熔鹽體系下CeO_2的摻雜對PMS-PZT壓電陶瓷的影響。通過熔鹽法合成團聚少、分散性好的納米級粉體。摻雜一定量的CeO_2會減小晶粒尺寸,提高燒結(jié)致密度,有助于提高強場性能,減小強場介電損耗和瑞利系數(shù)。最終在CeO_2摻雜量為x=1處取得最佳的綜合性能:tanδ=0.43%,Q_m=1272,ε_r=1364,d_(33)=328pC/N,K_p=0.58,瑞利系數(shù)α_ε=0.60×10~(-3) m/V,500 V/mm處的強場介電損耗為3.13%。本文最后研究了不同氣氛下退火對CeO_2摻雜PMS-PZT壓電陶瓷性能的影響。通過在氧氣和氮氣下退火,改變CeO_2的摻雜含量,使得晶粒變小,致密度提高,并降低介電損耗tanδ和提高機械品質(zhì)因數(shù)Q_m。氮氣退火相比于氧氣退火更能有利于瑞利系數(shù)和強場介電損耗的下降,但是卻惡化了材料的壓電性能。最終在氧氣氣氛下退火,CeO_2摻雜量x=1處得到最好的綜合性能:tanδ=0.43%,Q_m=1307,ε_r=1277,d_(33)=447 pC/N,K_p=0.54,瑞利系數(shù)α_ε=0.53×10~(-3) m/V,500 V/mm處的強場介電損耗為4.04%。達到預期目標。
【圖文】：

信號會很快衰減，而聲波能夠在水下傳播很遠的距離而不衰減，因此水聲設(shè)備被用于水下的最高效和最有前景的信號轉(zhuǎn)化設(shè)備，其中，水聲換能器是其最重要的，能夠?qū)⒙曇粜盘柡碗娦盘栠M行相互轉(zhuǎn)化，以高效地處理信息[1]。電換能器是應(yīng)用最廣泛的一種水聲換能器，其性能主要依賴于其接收和發(fā)射信號能元件壓電陶瓷，其借助正壓電效應(yīng)或逆壓電效應(yīng)將電信號和聲音信號相互轉(zhuǎn)換能器可分為兩類：一類是發(fā)射型換能器，它可以將電能轉(zhuǎn)化為機械能，再轉(zhuǎn)化成一類是接收型換能器，它可以將聲能轉(zhuǎn)化為機械能，再轉(zhuǎn)化成電能[2-3]。具體工圖 1-1 所示。據(jù)壓電換能器類別的不同對其中的壓電陶瓷性能的要求也不同，對于接收型換能料具備大的機電耦合系數(shù) Kp和壓電常數(shù) d33；對于發(fā)射型換能器，則要求在強電高的機械品質(zhì)因數(shù)（Qm）和較小的介電損耗（tan ），以減少換能器在工作中的問題；而收發(fā)兼用型換能器需要兼顧以上兩者特點。因此，，通過有效材料體系設(shè)制備工藝，研制出具有良好綜合性能的壓電陶瓷材料具有重要的科研和應(yīng)用價值

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文在壓電技術(shù)應(yīng)用中占據(jù)重要地位，在特定的相變溫度，也就是所謂電材料中產(chǎn)生自發(fā)極化 Ps。在居里溫度 Tc之上，自發(fā)極化消失的依賴性遵從于 Curie Weiss 定律，如公式 1-1 所示[5]。0 0CT T 性的位移型鐵電體材料是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料，其中典型的有 BaPZT）等，其晶格結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。其立方晶格的核心由中心面體構(gòu)成，晶格的電中性和空間穩(wěn)定性依賴于單胞頂角處的 2 價 BO6八面體，它們確保了體系的鐵電和壓電特性[6]。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB565.1

【參考文獻】

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1 鞠超;徐東宇;孫兆海;黃世峰;;大功率收發(fā)兼?zhèn)鋲弘娞沾刹牧系闹苽渑c性能研究[J];現(xiàn)代技術(shù)陶瓷;2010年03期

2 呂文中;韋蓓;范桂芬;許毓春;;Ba~(2+)取代對PSN-PZT瓷結(jié)構(gòu)和壓電性能的影響[J];電子元件與材料;2006年07期

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1 徐星;大功率PMS-PZT壓電陶瓷的強場性能研究[D];華中科技大學;2016年

本文編號：2619416