壓電陶瓷發(fā)展中的一個重要轉(zhuǎn)折點是PZT系列陶瓷的發(fā)現(xiàn)。PZT陶瓷具有較好的壓電性能,所以常常被用來制作壓電器件,如傳感器、變壓器等。本文研究了陶瓷材料的制備和性能以及在壓電加速度傳感器中的應(yīng)用。壓電加速度傳感器具有體積小、重量輕、頻帶寬、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境特性好、安裝方便等優(yōu)點。對于壓電加速度傳感器,壓電陶瓷材料的性能是非常重要的一個方面。用傳統(tǒng)固相燒結(jié)法制備了0.02Pb(Sb_(0.5)Nb_(0.5))O3-0.98Pb_(1-2x)Ba_xSr_x(Zr_(0.5)3Ti0.47)O3壓電陶瓷(其中x=0.02,0.03,0.04,0.05)和Pb0.95La0.05ZrxTi1-x+0.6%Nb_2O_5壓電陶瓷(其中x=0.53,0.55,0.57,0.59)材料,并采用X射線衍射儀(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)對壓電陶瓷材料進(jìn)行了表征分析。第一種配方考察了Ba、Sr摻雜量和燒結(jié)溫度對壓電陶瓷性能的影響,第二種配方考察了Zr/Ti比和燒結(jié)溫度對壓電陶瓷性能的影響。結(jié)果表明:(1)0.02Pb(Sb_(0.5)Nb_(0.5))O_3-0.98Pb_(1-2x)Ba_xSr_x(Zr_(0.5)3Ti0.47)O_3壓電陶瓷在Ba、Sr摻雜量x=0.04,燒結(jié)溫度1260℃時,表現(xiàn)出比較好的綜合性能。壓電常數(shù)d33=615 pC/N,相對介電常數(shù)ε33/ε0=2224,介質(zhì)損耗tanδ=2.11%。(2)Pb_(0.95)La_(0.05)Zr_xTi_(1-x)+0.6%Nb_2O_5壓電陶瓷在Zr/Ti=55/45,燒結(jié)溫度1260℃時,表現(xiàn)出比較好的綜合性能。壓電常數(shù)d33=577 pC/N,相對介電常數(shù)ε33/ε0=2286,介質(zhì)損耗tanδ=1.41%。把上述兩種壓電材料應(yīng)用在中心壓縮式壓電加速度傳感器上,分別用編號1和2來表示。對傳感器性能測試表明:傳感器的電荷靈敏度分別是K_1=2.72 pC/m·s-2和K2=2.61 pC/m·s-2,最大橫向靈敏度比分別是K_(max1)=4.46%和K2max=4.5%,都小于5%,最大線性誤差分別是δ_(max1)=2.97%和δ_2max=3.02%,最大溫度響應(yīng)偏差分別是σ1=3.82%和σ2=4.21%,最大濕度響應(yīng)偏差分別是α1=3.71%和α2=4.25%,重復(fù)性和遲滯特性也都比較好,重復(fù)性誤差分別是R1=3.71%和R_2=3.74%,遲滯誤差分別是δ_(H1)=2.21%和δ_(H2)=2.6%。另外長期測試傳感器的電荷靈敏度和最大橫向靈敏度比,結(jié)果表明:兩類壓電加速度傳感器都具有良好的長期穩(wěn)定性,傳感器電荷靈敏度的不穩(wěn)定度分別是1.43%和1.92%,最大橫向靈敏度比的不穩(wěn)定度分別是4.48%和4.67%。結(jié)果符合通用振動測試類型傳感器的使用要求。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TQ174.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 壓電陶瓷及其基本理論
        1.1.1 壓電效應(yīng)
        1.1.2 壓電陶瓷的參數(shù)
    1.2 壓電陶瓷的改性
        1.2.1 壓電陶瓷的取代元素改性
        1.2.2 壓電陶瓷的添加劑改性
    1.3 壓電陶瓷的發(fā)展
        1.3.1 壓電陶瓷的發(fā)展歷史
        1.3.2 壓電陶瓷的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
    1.4 壓電陶瓷的應(yīng)用
        1.4.1 壓電加速度傳感器
        1.4.2 壓電陶瓷水聲換能器
        1.4.3 壓電陶瓷變壓器
        1.4.4 壓電陶瓷表面波器件
        1.4.5 壓電陶瓷電聲器件
    1.5 壓電加速度傳感器概述
        1.5.1 壓電加速度傳感器工作原理
        1.5.2 壓電加速度傳感器的靈敏度
        1.5.3 壓電加速度傳感器的研究現(xiàn)狀
    1.6 選題背景與研究意義
    1.7 課題研究內(nèi)容
2 實驗過程和測試
    2.1 實驗材料及設(shè)備
        2.1.1 實驗材料
        2.1.2 實驗儀器和設(shè)備
    2.2 制備工藝及過程
    2.3 樣品性能測試
        2.3.1 壓電常數(shù)測試
        2.3.2 介電常數(shù)測試
        2.3.3 介質(zhì)損耗測試
        2.3.4 物相組成分析
        2.3.5 顯微結(jié)構(gòu)分析
    2.4 本章小結(jié)
3 PSN-PZT壓電陶瓷的研究
    3.1 XRD圖譜分析
    3.2 SEM照片分析
    3.3 Ba、Sr摻雜量的確定
    3.4 燒結(jié)溫度的確定
    3.5 材料使用溫度
    3.6 本章小結(jié)
2O₅壓電陶瓷的研究'>4 PLZT+Nb₂O₅壓電陶瓷的研究
    4.1 XRD圖譜分析
    4.2 SEM照片分析
    4.3 Zr/Ti比的確定
    4.4 燒結(jié)溫度的確定
    4.5 材料使用溫度
    4.6 本章小結(jié)
5 壓電加速度傳感器的制作與測試
    5.1 壓電加速度傳感器的制作
        5.1.1 壓電片及引線的制作
        5.1.2 質(zhì)量塊的制作
        5.1.3 傳感器零件清洗
        5.1.4 組裝
    5.2 壓電加速度傳感器的性能測試
        5.2.1 傳感器靈敏度和最大橫向靈敏度比的測試步驟
        5.2.2 傳感器靈敏度的確定
        5.2.3 傳感器最大橫向靈敏度比的確定
        5.2.4 線性誤差測試與計算
        5.2.5 溫度響應(yīng)測試
        5.2.6 濕度響應(yīng)測試
        5.2.7 重復(fù)性
        5.2.8 遲滯特性
        5.2.9 靈敏度長期穩(wěn)定性
        5.2.10 最大橫向靈敏度比的長期穩(wěn)定性
    5.3 本章小結(jié)
6 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果
致謝

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本文編號：2839202