本文關(guān)鍵詞：PZT壓電陶瓷老化性能及PLZT透明陶瓷光致應(yīng)變研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋯鈦酸鉛(PZT)作為一種壓電性能優(yōu)良的壓電陶瓷,已經(jīng)應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域,如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓電點(diǎn)火器等。但是,在實(shí)際使用過(guò)程中,壓電陶瓷零部件的壓電性能在一定程度上不能夠滿足使用要求,壓電老化導(dǎo)致試樣在使用過(guò)程中老化開裂,本文目的在于提高PZT壓電陶瓷的壓電性能,并且改善其老化性能。另外,鋯鈦酸鑭鉛(PLZT)作為一種透明的光電功能陶瓷,既具有鐵電性和壓電性,又具有優(yōu)異的光致應(yīng)變性能,可以實(shí)現(xiàn)光能-電能-機(jī)械能的一體化,在光學(xué)微調(diào)器、行星探測(cè)領(lǐng)域等都有重要的應(yīng)用前景。PLZT透明陶瓷的制備工藝的探索以及光致應(yīng)變性能的研究變得極其重要。本文選取MPB附近的Pb1.05(Zr0.52Ti0.48)O3為研究對(duì)象,探索高致密度的PZT壓電陶瓷的制備工藝,包括粉體的制備、試樣的成型及燒結(jié)工藝。試樣采用共沉淀法制備PZT粉體,通過(guò)X射線衍射確定粉體的最佳預(yù)燒溫度為700℃。通過(guò)研究PVA的添加量、排膠工藝對(duì)試樣致密度的影響,確定最佳成型工藝為:PVA添加量為5wt%,以1℃/min的速度升溫到300℃,然后以0.5℃/min的速度緩慢升溫到500℃,保溫1h后隨爐冷卻。通過(guò)研究燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、包埋方式、燒結(jié)方式對(duì)試樣致密度及性能的影響,確定PZT陶瓷的最佳燒結(jié)工藝:采用通氧氣氛燒結(jié)方式,以試樣下面鋪Zr O2上面由PZT粉體覆蓋為包埋方式,在1150℃條件下保溫2h。最終試樣獲得最佳綜合性能:致密度為98.65%,εr=2019,tanδ=1.48%,d33=434p C/N,Pr=22.49μC/cm2。針對(duì)PZT壓電陶瓷老化開裂的問(wèn)題,本文選擇以PZT為基,Sr2+、Ba2+進(jìn)行A位摻雜,Nb5+進(jìn)行B位摻雜,提高PZT的壓電性能,改善老化性能,并探索了老化規(guī)律。研究表明:隨著Sr2+含量的增加,MPB逐漸向四方相移動(dòng),Sr2+摻雜量為5wt%時(shí),獲得最佳綜合性能:εr=1609,tanδ=1.84%,Pr=16.5μC/cm2,Ec=34.9k V/cm,d33=440.8p C/N;隨著Ba2+含量的增加,MPB逐漸向三方相移動(dòng),Ba2+摻雜量為6wt%時(shí),εr=1536,tanδ=2.01%,Pr=17.5μC/cm2,Ec=36.2k V/cm,d33=465.9p C/N。壓電陶瓷壓電常數(shù)的老化規(guī)律為:10天內(nèi)直線型老化規(guī)律、11-60天自然對(duì)數(shù)型老化規(guī)律、61-120天漸近直線型老化規(guī)律。針對(duì)PLZT透明陶瓷制備困難的問(wèn)題,本文從粉體制備、試樣燒結(jié)工藝兩個(gè)方面進(jìn)行探索。通過(guò)X射線衍射、粒度、粉體分散性分析,確定溶膠-凝膠法為PLZT粉體的最佳制備工藝。分別采用氣氛燒結(jié)、SPS燒結(jié)制備PLZT陶瓷。氣氛燒結(jié)PLZT試樣致密度達(dá)到97.8%,在可見(jiàn)光下不透明,綜合性能為:εr=1623,tanδ=1.21%,Pr=25.13μC/cm2,Ec=37.24k V/cm,d33=460.8p C/N;SPS燒結(jié)試樣致密度達(dá)99.5%,試樣在可見(jiàn)光下透明,綜合性能為:εr=1813,tanδ=0.85%,Pr=34.72μC/cm2,Ec=32.16k V/cm,d33=476.6p C/N。通過(guò)研究在相同光照強(qiáng)度下極化方向和非極化方向上的光致應(yīng)變發(fā)現(xiàn),極化方向上的光致應(yīng)變大于非極化方向上的光致應(yīng)變。對(duì)比氣氛燒結(jié)、SPS燒結(jié)PLZT試樣在相同光照強(qiáng)度下的光致應(yīng)變發(fā)現(xiàn),SPS燒結(jié)的PLZT試樣應(yīng)變?yōu)闅夥諢Y(jié)試樣的1.4倍。
【關(guān)鍵詞】：PZT壓電陶瓷 壓電性能 老化規(guī)律 PLZT透明陶瓷 光致應(yīng)變
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ174.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-34
• 1.1 課題背景11
• 1.2 壓電陶瓷的概述11-19
• 1.2.1 壓電陶瓷的壓電效應(yīng)11-13
• 1.2.2 壓電陶瓷的研究熱點(diǎn)13-19
• 1.3 PZT壓電陶瓷19-23
• 1.3.1 PZT壓電陶瓷的摻雜改性19-21
• 1.3.2 PZT壓電陶瓷的老化性能21-23
• 1.4 PLZT光電功能陶瓷23-27
• 1.4.1 PLZT固溶體系23-25
• 1.4.2 PLZT透明陶瓷的物理特性25-26
• 1.4.3 PLZT光電功能陶瓷的制備26
• 1.4.4 PLZT光電功能陶瓷的應(yīng)用26-27
• 1.5 壓電陶瓷的制備27-32
• 1.5.1 粉體的合成27-30
• 1.5.2 燒結(jié)工藝30-32
• 1.6 主要研究?jī)?nèi)容32-34
• 第2章 試驗(yàn)材料及方法34-47
• 2.1 引言34
• 2.2 試驗(yàn)材料及儀器34-35
• 2.2.1 試驗(yàn)材料34-35
• 2.2.2 試驗(yàn)儀器35
• 2.3 試驗(yàn)方法35-42
• 2.3.1 粉體的合成36-38
• 2.3.2 球磨38
• 2.3.3 造粒及成型38
• 2.3.4 排膠38-39
• 2.3.5 燒結(jié)39-40
• 2.3.6 被銀40-41
• 2.3.7 極化41-42
• 2.4 材料的表征42-47
• 2.4.1 密度測(cè)試42
• 2.4.2 物相分析42-43
• 2.4.3 形貌分析43
• 2.4.4 介電性能測(cè)試43
• 2.4.5 鐵電性能測(cè)試43-44
• 2.4.6 壓電性能測(cè)試44-45
• 2.4.7 光電性能測(cè)試45-47
• 第3章PZT壓電陶瓷的制備工藝研究47-65
• 3.1 引言47
• 3.2 Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 粉體的合成工藝研究47-49
• 3.3 PZT陶瓷成型工藝研究49-52
• 3.3.1 研究PVA添加量對(duì)陶瓷致密度的影響49-50
• 3.3.2 研究排膠工藝對(duì)陶瓷致密度的影響50-52
• 3.4 PZT陶瓷燒結(jié)工藝的研究52-63
• 3.4.1 燒結(jié)溫度的確定53-60
• 3.4.2 保溫時(shí)間的確定60-61
• 3.4.3 研究包埋方式對(duì)試樣致密度的影響61-62
• 3.4.4 燒結(jié)方式的確定62-63
• 3.5 本章小結(jié)63-65
• 第4章PZT壓電陶瓷的摻雜改性研究65-84
• 4.1 引言65
• 4.2 研究體系成分設(shè)計(jì)65-66
• 4.3 結(jié)果與討論66-82
• 4.3.1 相結(jié)構(gòu)66-69
• 4.3.2 顯微組織69-71
• 4.3.3 摻雜對(duì)PZT陶瓷介電性能的影響71-73
• 4.3.4 摻雜對(duì)PZT陶瓷鐵電性能的影響73-76
• 4.3.5 摻雜對(duì)PZT陶瓷老化性能的影響76-82
• 4.4 本章小結(jié)82-84
• 第5章PLZT透明光電陶瓷的研究84-97
• 5.1 引言84
• 5.2 PLZT成分設(shè)計(jì)及燒結(jié)84-86
• 5.2.1 氣氛燒結(jié)84-85
• 5.2.2 放電等離子燒結(jié)85-86
• 5.3 結(jié)果與討論86-96
• 5.3.1 相結(jié)構(gòu)86-88
• 5.3.2 燒結(jié)特性88-90
• 5.3.3 介電性能90-91
• 5.3.4 鐵電性能91-93
• 5.3.5 壓電性能93
• 5.3.6 光電性能93-96
• 5.4 本章小結(jié)96-97
• 結(jié)論97-99
• 參考文獻(xiàn)99-107
• 致謝107

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：PZT壓電陶瓷老化性能及PLZT透明陶瓷光致應(yīng)變研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：303877