高居里温度压电陶瓷新体系设计及机理研究

发布时间：2020-10-08 20:33

　　 近年来,地质勘探、航空航天和汽车等众多科学技术领域的迅速发展,对压电器件的使用温度要求越来越高,这些极端环境下所使用的压电换能器件迫切需要居里温度(Tc)远高于400℃的压电陶瓷材料。本论文首先在常见的高温压电陶瓷体系的基础上进行探索,提出了两种新的高居里温度压电陶瓷PbTiNb2O8口PbZrNb2O8;其次研究了LiYW2O8掺杂改性PbTiO3压电陶瓷,并探索了O1、O2离子的价键与居里温度Tc的关系,讨论了四方度对介电性能和压电性能的影响；最后研究了双钙钛矿改性PbTiO3压电陶瓷,获得了高居里温度压电陶瓷,分析了它们的相变、压电性能、高温退极化性能。通过传统固相反应制备了PbTiNb2O8 和 PbZrNb2O8陶瓷,两者分别在11200C和970℃的条件下烧结时,可获得最高的居里温度Tc,分别为700.1℃和559.6℃。PbTiNb2O8 和 PbZrNb2O8陶瓷的晶体结构空间群分别为Amm2和C222。研究表明PbTiNb2O8 和 PbZrNb2O8陶瓷的退极化温度分别在560℃和480℃左右。PbTiNb2O8 和 PbZrNb2O8陶瓷的主要电性能分别为：d33=16pC/N,kp=0.11,Qm=102和d33=20 pC/N,kp=0.16,Qm=42。且PbTiNb2O8和PbZrNb2O8陶瓷具有较低的介电损耗～10-4。用两步固相反应法制备了PbTiO3-xwt%LiYW2O8(x=0.05、0.15、0.25、0.35)压电陶瓷。通过研究氧离子的键价来探索高居里温度的结构根源,研究结果表明陶瓷氧离子的键价越高居里温度越高；陶瓷的四方度越高,d33和ε越高,而Np值越小。PbTiO3-0.15wt%LiYW2O8陶瓷具有最高的居里温度(508℃)。通过两步固相反应法制备了双钙钛矿改性PbTiO3压电陶瓷(PT-BFM、 PT-BNM、PT-YNM和PT-SNM)。双钙钛矿的掺入不同程度地改变了PbTiO3的晶体结构。随着掺杂物与PbTiO3之间离子半径差的增加,改性PbTiO3晶体结构从四方结构(P4mm)转变为正交结构(Pmm2),并且结构变得更加有序。研究表明在居里点以下介电损耗曲线的最高点与退极化相关,极小值点与相变相关。所有的改性PbTiO3陶瓷表现出较高的退极化温度,四种陶瓷的退极化温度分别为470℃、 480℃、495℃和505℃。
【学位单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TQ174.1
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究高温压电陶瓷的重要意义
    1.2 高温压电陶瓷的研究和进展
        1.2.1 钨青铜结构高温压电陶瓷材料
        1.2.2 铋层状结构高温压电陶瓷材料
        1.2.3 碱金属系列高温压电陶瓷材料
        1.2.4 钙钛矿结构高温压电陶瓷材料
    1.3 课题的研究目的与内容
第二章 高温压电陶瓷的体系设计、制备工艺及性能表征
    2.1 研究体系的选择
    2.2 原材料及制备工艺
        2.2.1 原材料
        2.2.2 制备工艺
    2.3 性能表征
        2.3.1 X射线衍射相结构分析
        2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）
        2.3.3 压电陶瓷的介电性能测量
        2.3.4 压电常数的测量
        2.3.5 机电耦合系数及机械品质因数的测量
        2.3.6 居里温度的测量
2O₈高居里温度压电陶瓷结构与性能探索'>第三章 Pb（Ti,Zr）Nb₂O₈高居里温度压电陶瓷结构与性能探索
    3.1 引言
2O₈和PbZrNb₂O₈高居里温度压电陶瓷的制备及性能研究'>    3.2 PbTiNb₂O₈和PbZrNb₂O₈高居里温度压电陶瓷的制备及性能研究
        3.2.1 陶瓷样品制备
        3.2.2 晶体结构特性分析
        3.2.3 介电、压电性能及温度特性分析
    3.3 本章小结
2O₈改性PbTiO₃高居里温度压电陶瓷结构与性能探索'>第四章 LiYW₂O₈改性PbTiO₃高居里温度压电陶瓷结构与性能探索
    4.1 引言
2O₈改性PbTiO₃高居里温度压电陶瓷的制备及性能研究'>    4.2 LiYW₂O₈改性PbTiO₃高居里温度压电陶瓷的制备及性能研究
        4.2.1 陶瓷样品制备
        4.2.2 晶体结构特性分析
        4.2.3 介电、压电性能及温度特性分析
    4.3 本章小结
3压电陶瓷的相变与高温退极化研究'>第五章 双钙钛矿改性低温烧结PbTiO₃压电陶瓷的相变与高温退极化研究
    5.1 引言
3压电陶瓷的制备及性能研究'>    5.2 双钙钛矿改性低温烧结PbTiO₃压电陶瓷的制备及性能研究
        5.2.1 陶瓷样品制备
        5.2.2 晶体结构特性和显微结构分析
        5.2.3 介电、压电性能及温度特性分析
    5.3 本章小结
第六章 结论
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢

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本文编号：2832724