锆锡钛酸铅基反铁电陶瓷相变性能与电致应变性能的分析

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1、·华中科技大学硕士学位论文摘要近年来，微电子机械系统（MEMS）技术不断发展，其中微致动器、微位移器在汽车、航天、通讯等领域得到越来越广泛的应用。传统的压电陶瓷材料锆钛酸铅（PZT），因其较小的应变量（0.1%左右）而使得相关器件的生产和应用受到限制；另一方面，锆锡钛酸铅（PZST）基反铁电陶瓷材料具有较大的应变量（可达0.85%），被看作是用来制备微位移器、微致动器的重要选材之一。为此，本文基于提高PZST基反铁电陶瓷在电场作用下诱导产生的应变量的目的，从反铁电陶瓷的配方选择、烧结工艺及粉体制备等几个方面对PZST基反铁电陶瓷

2、的相变性能与电致应变性能进行了系统研究，并且结合XRD与SEM显微分析，全面详细地研究场诱应变性能的变化，为后期进一步增大PZST基反铁电陶瓷的电致应变量提供了参考。Ba掺杂的PZST基反铁电陶瓷具有更低的相变电场和电场回滞，这是实现数字微致动器的必要条件，因此，研究了Ba改性的Pb0.97-xBaxLa0.02（Zr0.65Sn0.29Ti0.06）O3陶瓷的相变与电致应变性能。另一方面，当Ba含量为较佳的掺杂含量时，研究B位Zr、Ti含量的变化对陶瓷相变与应变性能的影响，确定较佳的组分配比。基于解决普通烧结下较多的氧空位而引

3、起陶瓷性能下降问题，将陶瓷试样置于氧化气氛下进行退火。研究了Ba掺杂的陶瓷经过氧化退火后的微观结构、铁电性能及应变性能。实验发现由于氧气对铅空位的形成有促进作用，而Ba含量的增加对铅空位的形成有抑制作用，因此，当Ba含量为8.5mol%时，陶瓷的相变性能与应变性能达到最佳。虽然Ba掺杂降低了相变电场及电场回滞，但是这也减弱了反铁电（AFE）相的稳定性，削弱应变性能，在此基础上选择不掺杂Ba的PLZST陶瓷作为后续的研究对象。基于解决普通烧结过程中陶瓷的气孔率较多、致密度较低的问题，将陶瓷进行热压烧结，实验发现热压后陶瓷应变量由0

4、.25%增大至0.45%。针对PLZST陶瓷采用固相反应法制备时，预烧的陶瓷粉体尺寸较大，均匀性较差的问题，采用凝胶注模方法制备均匀细小的陶瓷粉体。实验发现由于交联剂与分散剂等试剂形成交联网络结构，球磨中陶瓷粉体均匀性提高，尺寸减小，陶瓷的相变与电致应变性能得到较大的改善。最后研究热压烧结是否对凝胶注模方法制备的I···万方数据···华中科技大学硕士学位论文陶瓷的相变性能与电致应变性能有改善作用，实验发现凝胶注模工艺制备的陶瓷通过热压烧结后性能下降，应变量由0.47%下降至0.26%。关键词：PZST基反铁电陶瓷，PLZST，B

5、a含量，氧化退火，热压烧结，凝胶注模方法II···万方数据···华中科技大学硕士学位论文AbstractInrecentyears,theMEMS(MicroElectroMechanicalSystern)technologyhasbeengreatlydeveloped,andespecially,micro-displacementdeviceandmicro-actuatorinthefieldofautomobiles,aerospaceandcommunicationsgetmoreextensiveapplicat

6、ions.TheproductionandapplicationofthetraditionalpiezoelectricmaterialsPZTarerestricted,becauseofitssmallerelectric-inducedstrain(about0.1%).Ontheotherhand,Pb(Zr,Sn,Ti)O3antiferroelectricmaerialspossessmorestrain(at0.85%),whichareconsideredtobeoneofmostimportantmateri

7、alsforthepreparationofmicro-displacementdeviceandmicro-actuators.Therefore,toimprovetheelectricfield-inducedstrainofPZST-basedantiferroelectricceramics,thispaperfocusesonthesystemicresearchofthephasechangepropertiesofantiferroelectricceramicsandtheperformanceofelectr

8、icallyinducedstrain,fromaspectsoftheformulaselectionofantiferroelectricceramics,sinteringprocessandpowderpreparationmethod.Moreover