【摘要】：鑭改性鋯鈦酸鉛(簡(jiǎn)稱PLZT)陶瓷具有優(yōu)異的鐵電、壓電、介電性能,在微存儲(chǔ)器、熱釋電紅外探測(cè)器、鐵電場(chǎng)效應(yīng)管、微機(jī)械、平板顯示器等方面都有著重要的應(yīng)用。PLZT陶瓷一個(gè)重要的性能是光致應(yīng)變效應(yīng),這種效應(yīng)是吸收紫外光波段的光產(chǎn)生的,而在光學(xué)和電光器件中使用的鐵電材料也需在可見光區(qū)域有一定的透過率,此外陶瓷的致密度直接影響其性能。因此PLZT陶瓷的制備工藝探索及光學(xué)、電學(xué)性能改進(jìn)具有重要意義。本文選用了性能優(yōu)異的PbLa_(0.04)(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3陶瓷為研究對(duì)象,期望通過制備方式的探究,利用氣氛燒結(jié)制備出致密度高的透明PLZT陶瓷。首先對(duì)陶瓷的制備工藝進(jìn)行了研究,粉體的制備方法采用了傳統(tǒng)的固相法以及溶膠凝膠法,球磨方式采用了普通球磨和高能球磨,通過對(duì)粉體物相、粒徑以及陶瓷片致密度的分析確定了最佳的粉體制備工藝,之后又研究了粘結(jié)劑PVA的添加量以及燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間等制備工藝對(duì)PLZT陶瓷致密度和性能的影響,通過物相、表面形貌以及性能的分析,確定了最佳制備工藝為:采用溶膠凝膠法與高能球磨法相結(jié)合制備PLZT粉體,經(jīng)過700℃預(yù)燒2h后添加5%PVA粘結(jié)劑壓制成型,在500℃保溫1h排膠后在1250℃下保溫2h,由此獲得的PLZT陶瓷致密度可達(dá)99.45%,綜合性能為:ε_(tái)r=758.26,tanδ=0.076,d_(33)=192.7pC/N,P_r=22.60μC/cm~2。為了提高PLZT的性能,本研究采用了離子摻雜的方法,選擇Dy~(3+)、Nd~(5+)、Pr~(3+)三種稀土離子取代鉛離子進(jìn)行A位摻雜,W~(6+)離子取代鈦離子進(jìn)行B位摻雜,引入陽離子空位。分析了不同離子摻雜量對(duì)PLZT陶瓷電學(xué)性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,稀土離子摻雜可以有效提高材料的鐵電、介電性能。Dy~(3+)摻雜PLZT陶瓷(PLDZT)時(shí)陶瓷的壓電性能略有降低,鐵電性能先增大后又有所降低,介電常數(shù)增大,介電損耗降低,介電性能變好。當(dāng)Dy~(3+)摻雜量為3mol.%時(shí)陶瓷密度為7.78g/cm~3,電學(xué)性能較好:d_(33)=158.9pC/N,P_r=67.25μC/cm~2,ε_(tái)r=878.38,tanδ=0.035。Nd~(3+)摻雜PLZT陶瓷(PLNZT)時(shí)對(duì)陶瓷的影響與Dy~(3+)摻雜相似,當(dāng)Nd~(3+)摻雜量為3mol.%時(shí),電學(xué)性能較好:d_(33)=166.7pC/N,P_r=47。74μC/cm~2,ε_(tái)r=1083.41,tanδ=0.039。Pr~(3+)摻雜PLZT陶瓷(PLPZT)可提高材料的鐵電、壓電性、介電性能,當(dāng)摻雜量為1mol.%時(shí),鐵電、壓電性能最優(yōu):d_(33)=291.4pC/N,Pr=52.41μC/cm~2,介電性能在摻雜量為4mol.%時(shí)最佳:ε_(tái)r=941.25,tanδ=0.054。W~(6+)摻雜陶瓷(PLZTW)的壓電性能降低,介電鐵電性能提高,當(dāng)摻雜量為2mol.%時(shí)電學(xué)性能最佳:d_(33)=344.9pC/N,P_r=39.53μC/cm~2,ε_(tái)r=1150.36,tanδ=0.044。我們對(duì)固相法和溶膠凝膠法制備的PLZT陶瓷以及厚度為0.35mm的Dy~(3+)、Pr~(3+)、Nd~(3+)、W~(6+)摻雜的PLZT陶瓷在390 780nm可見光波段的透過率(T)以及在紫外光250 390nm波段的吸收率(abs)進(jìn)行分析。結(jié)果表明陶瓷的厚度越小可見光透過率越大,溶膠凝膠法制備的PLZT陶瓷可見光透過率更大,T=36.5 44.5%,abs=29.4%。Dy~(3+)摻雜可提高材料的可見光透射率和紫外光吸收率,摻雜量為4mol.%時(shí),光學(xué)性能最佳:T=47.3 56.8%,abs=34.6%。PLNZT陶瓷的可見光透射率和紫外光吸收率均有所提高,當(dāng)摻雜量為3mol.%時(shí),可見光透射率較大,T=56.4 65.3%,當(dāng)摻雜量為2mol.%時(shí)紫外光吸收率較大,abs=32.4%。PLPZT陶瓷的可見光透射率小于PLZT陶瓷,紫外光吸收率有少量增加,摻雜量為3mol.%時(shí)較大,abs=31.5%。W~(6+)適量摻雜可提高陶瓷的可見光透射率和紫外光吸收率,摻雜量為3mol.%時(shí),可見光透射率較大:T=38.4 47.2%,當(dāng)摻雜量為1mol.%時(shí),紫外光吸收率較大:abs=38.7%。
【圖文】：

圖 1 1 晶體壓電效應(yīng)示意圖[10](a)正壓電效應(yīng); (b)逆壓電效應(yīng)胞內(nèi)的正負(fù)電荷中心不重合時(shí)，形成偶極矩，晶體在該方向呈現(xiàn)無外電場(chǎng)作用展現(xiàn)出的極性稱為自發(fā)極化，，這種自發(fā)極化的方向可改變，這種現(xiàn)象稱為鐵電效應(yīng)。鐵電材料同時(shí)還具有介電性和壓電

圖 1 2 PZT 室溫相圖[2]具有鈣鈦礦 ABO3型結(jié)構(gòu)，是由 PbZrO3和 PbTiO3兩相以任 陶瓷的結(jié)構(gòu)如圖 1 2 所示，A 位為鉛原子，B 位為鋯原子具有很大的容錯(cuò)性，這為 PZT 陶瓷的多元系改造和摻雜改
【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】：2018
【分類號(hào)】：TQ174.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 黃家瀚;王新杰;王炅;;PLZT陶瓷在多能場(chǎng)耦合下的光致伸縮效應(yīng)[J];光學(xué)精密工程;2015年03期

2 劉U

本文編號(hào)：2596403