發(fā)布時(shí)間：2017-09-02 22:29

  本文關(guān)鍵詞：摻鑭鋯鈦酸鉛鐵電厚膜陶瓷的電卡效應(yīng)研究

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【摘要】：制冷技術(shù)在當(dāng)今的人類活動(dòng)中有著極其廣泛的應(yīng)用。一百多年以來(lái),蒸汽壓縮技術(shù)作為主流制冷技術(shù)對(duì)推動(dòng)人類文明發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用。但是,由于壓縮機(jī)工作時(shí)諸如摩擦、泄漏、有害傳熱等因素的存在,壓縮機(jī)實(shí)際工作效率難以達(dá)到卡諾循環(huán)效率的50%,并且壓縮機(jī)所用的冷媒為氟利昂或氯氟烴,這些氣體易泄漏破壞臭氧層,弱化臭氧層對(duì)紫外線的過(guò)濾作用,不僅會(huì)引起全球性的溫室效應(yīng),還會(huì)增加人類皮膚癌的發(fā)病幾率,威脅人類的公共健康。隨著能源、環(huán)保問(wèn)題的日益突出,使蒸汽壓縮技術(shù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn),亟需探索一種高效、環(huán)保的制冷技術(shù)。本論文以有望取代蒸汽壓縮制冷的鐵電材料電卡效應(yīng)制冷為研究對(duì)象,選取鐵電材料中較為典型的摻鑭鋯鈦酸鉛(PLZT)陶瓷,研究其陶瓷厚膜中的電卡效應(yīng)。電卡效應(yīng)是指在極性電介質(zhì)材料中由于外電場(chǎng)的改變引起的極化狀態(tài)改變而產(chǎn)生的絕熱溫變和等溫熵變。在摻雜改性的PZT陶瓷中,鑭異價(jià)取代鉛獲得PLZT陶瓷,使得具有優(yōu)異的介電、壓電、熱釋電和電光性能,電導(dǎo)率和相變溫度可以通過(guò)變化組分或添加雜質(zhì)的方式加以調(diào)整,是一種理想的電卡材料。采用厚膜工藝制備的鐵電電卡器件可以承受大的電場(chǎng)而不被擊穿,同時(shí)厚膜器件具有工作電壓低、使用頻率范圍寬的優(yōu)點(diǎn),能夠與半導(dǎo)體集成電路工藝相兼容,有望產(chǎn)生優(yōu)異的電卡效應(yīng)。本文利用PbO、La2O3、ZrO2口Ti02等氧化物在高溫下固相合成PLZT粉體,再通過(guò)流延成型工藝制成生坯膜并在合適的條件下進(jìn)行燒結(jié)制備陶瓷,如何減小流延過(guò)程中漿料的氣泡濃度以及制備厚度更小的坯膜是本文研究的一個(gè)重點(diǎn)。在此過(guò)程中,通過(guò)x射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)等分析表征手段來(lái)監(jiān)測(cè)樣品中相的組成演變、陶瓷致密度與晶粒大小的變化以及晶界結(jié)構(gòu)、晶界夾雜物等。隨后利用介溫測(cè)試裝置、鐵電測(cè)試系統(tǒng)對(duì)樣品進(jìn)行了電性能測(cè)試,得到了介電溫譜、介電損耗、電滯回線結(jié)果,并得到PLZT8/65/35的電卡效應(yīng)值,結(jié)果表明該材料有著優(yōu)良的電卡效應(yīng)(室溫293K下,△S=1.08J/(kg·K),△T=0.96K)。本文最后通過(guò)制備PLZT11/70/30和PLZT7/82/18鐵電陶瓷厚膜,并進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試,進(jìn)一步探索弛豫型鐵電體和反鐵電體的相變機(jī)制和電卡效應(yīng),結(jié)果表明PLZT11/70/30在423K的溫度下ΔT=2.21K,而PLZT7/82/18在414K下ΔT=1.04K。為了尋求最佳的燒結(jié)曲線,本文以冷等靜壓壓力、燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間為變量設(shè)計(jì)了不同的燒結(jié)方案,探索了提高PLZT厚膜陶瓷致密度的工藝參數(shù)。利用SEM等測(cè)試手段,對(duì)不同方案的成品進(jìn)行比較,結(jié)果表明進(jìn)行冷等靜壓預(yù)處理、提高燒結(jié)溫度、延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間等都是獲得有高致密度PLZT陶瓷有效的方法。致密性良好的陶瓷成品能減小漏電流的影響,提高其鐵電性能。
【關(guān)鍵詞】：電卡效應(yīng) PLZT 厚膜陶瓷 流延成型法 致密燒結(jié)
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB64
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 研究背景和意義14-15
• 1.2 課題簡(jiǎn)介15-23
• 1.2.1 電卡效應(yīng)簡(jiǎn)述15
• 1.2.2 鈣鈦礦型鐵電體15-17
• 1.2.3 摻鑭鋯鈦酸鉛陶瓷(PLZT)的性能簡(jiǎn)介17-19
• 1.2.4 厚膜材料與厚膜器件19-20
• 1.2.5 基于電卡效應(yīng)的制冷技術(shù)原理20-23
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展23-24
• 1.4 課題來(lái)源24-25
• 1.5 研究?jī)?nèi)容及方法25-26
• 第二章 PLZT 8/65/35陶瓷粉體的制備26-33
• 2.1 原料與設(shè)備26
• 2.2 行星式球磨工藝概述26-29
• 2.2.1 行星式球磨機(jī)簡(jiǎn)介27-28
• 2.2.2 行星式球磨機(jī)使用流程28-29
• 2.3 預(yù)燒溫度的選擇29-30
• 2.4 PLZT樣品的X射線衍射分析30-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第三章 流延成型法制備PLZT鐵電厚膜33-41
• 3.1 流延成型法簡(jiǎn)介33-35
• 3.2 流延漿料的制備35-39
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備36
• 3.2.2 滾筒式罐磨機(jī)簡(jiǎn)介36-37
• 3.2.3 漿料配制方案37-38
• 3.2.4 漿料除泡38-39
• 3.3 流延法成型步驟39-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第四章 PLZT厚膜陶瓷的燒結(jié)研究41-54
• 4.1 陶瓷燒結(jié)原理41-42
• 4.2 陶瓷的致密燒結(jié)42-43
• 4.2.1 致密燒結(jié)原理42-43
• 4.2.2 加快反應(yīng)速度的工藝措施43
• 4.3 坯膜的等靜壓預(yù)處理43-46
• 4.3.1 等靜壓的理論基礎(chǔ)44
• 4.3.2 冷等靜壓44-45
• 4.3.3 冷等靜壓操作步驟45-46
• 4.4 PLZT坯膜的燒結(jié)方案46-53
• 4.4.1 燒結(jié)方式46-47
• 4.4.2 利用SEM形貌表征結(jié)果設(shè)定燒結(jié)曲線47-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 第五章 PLZT厚膜陶瓷的性能測(cè)試54-68
• 5.1 測(cè)試準(zhǔn)備54-55
• 5.2 電滯回線簡(jiǎn)介55-59
• 5.2.1 電滯回線原理55-57
• 5.2.2 電滯回線的測(cè)量57-59
• 5.3 介電溫譜和介電損耗的測(cè)量59-62
• 5.3.1 居里溫度和居里-外斯定律59-61
• 5.3.2 介溫測(cè)試結(jié)果分析61-62
• 5.4 電卡效應(yīng)的測(cè)量62-67
• 5.4.1 電卡效應(yīng)原理62-65
• 5.4.2 數(shù)據(jù)處理65-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 第六章 反鐵電體與弛豫型鐵電體的研究68-78
• 6.1 反鐵電體與弛豫型鐵電體簡(jiǎn)介68-69
• 6.1.1 反鐵電體68
• 6.1.2 弛豫型鐵電體68-69
• 6.2 Pb_(0.89)La_(0.11)(Zr_(0.7)Ti_(0.3))_(0.9725)O_3和Pb_(0.93)La_(0.07)(Zr_(0.82)Ti_(0.18))_(0.9825)O_3的制備69-70
• 6.3 樣品性能表征70-71
• 6.3.1 SEM掃描70
• 6.3.2 XRD衍射分析70-71
• 6.4 介電溫譜和介電損耗的測(cè)量71-72
• 6.5 鐵電性能測(cè)試結(jié)果72-77
• 6.5.1 電滯回線測(cè)量結(jié)果分析72-74
• 6.5.2 熱釋電系數(shù)結(jié)果74-77
• 6.6 本章小結(jié)77-78
• 結(jié)論78-80
• 參考文獻(xiàn)80-86
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文86-88
• 致謝88

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