高性能铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备及其极化行为研究

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1、高性能铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备及其极化行为研究（申请清华大学工学硕士学位论文）培养单位：材料学院学科：材料科学与工程研究生：李琦指导教师：王轲副研究员二？一七年四月ＰｒｅａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｏｌｉｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎｐｇｇｇｏｆｈ－ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＨｉｇＫＮａＮｂ０－ＢａｓｅｄＰｉｅｚｏｃｅｒａｍｉｃｓ（，）３ＴｈｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＴｓｉｎｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｇｙｉｎａｒｔｉａｌｆｕｌｆｉｌｌｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｐｑｆｏｒ

2、ｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＳｃｉｅｎｃｅｉｎＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂｙＱｉＬｉＴｈｅｓｉｓＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：ＡｓｓｏｃｉａｔｅＰｒｏｆｅｓｓｏｒＫｅＷａｎｇＡｐｒｉｌ２０１７，关于学位论文使用授权的说明本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：清华大学拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权，其中包括：（１）已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文；

3、（２）为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所供校内师生阅读，或在校园网上供校内师生浏览部分内容。本人保证遵守上述规定。（保密的论文在解密后遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要压电陶瓷由于其成本低性能好，已经被运用到了从工业生产到人民生活的各个领域。随着人们环保意识的增强，无铅压电陶瓷的研宄必将成为未来的发展方向。本文通过对（Ｋ，Ｎａ）Ｎｂ０３（ＫＮＮ）基无铅压电陶瓷的掺杂改性、极化行为和气氛烧结的研宄，深入分析压电陶瓷内部结构与电性能的

4、关系，以此作为指导，制备高性能的无铅压电陶瓷。首先，通过调控不同ＣａＺｒ０ＣＺ掺杂含量得到ＫＮＮ基压电陶瓷３（）－ＮａＮｂ－ｌｘＫＬｉＴａＯＫＮＮＬＴｘＣａＺｒＯ，（（）（０．４９０．４９０．０２）（０．８０．２）３（）３）在掺杂量为５ｍｏｌ％（ＣＺ５）时得到了最高压电常数必３为３４４ｐＣ／Ｎ的压电陶瓷，其高性能主要是－Ｔ相的相转变温度接近室温因为０，而两相共存能促进畴翻转。之后对细微组分的Ｃ一ａＺｒ０掺杂的样品进行研宄，发现ＣａＺｒ０掺杂的压电陶瓷在定配３３比范围内都显示出高性能，有效保证了此体系高性能的稳定性与重复性。

5、一一之后，通过对同个ＣＺ５样品在不同条件下极化后进行系列的测试分析，发现与Ｐｂ（ＺｒＴｉ０ＰＺＴ含铅压电陶瓷不同的是，它可以在较小的电，）３（）场较短的时间内接近最终的极化状态，这得益于它较小的ｃ／ａ比。同时，除了通过畴的定向排列产生的正效应，空间电荷作为负效应阻碍极化进行的结论同样得到了印证。同时，对比不同缺陷的陶瓷在同样极化条件下达到的极化状态，也可验证（Ｋ，Ｎａ）Ｎｂ０３基无铅压电陶瓷的极化是正负效应共同作用的结果。为了减弱极化中的负效应，对ＣＺ５进行氧气烧结，得到压电常数必３为３９０ｐＣ／Ｎ的压电陶瓷，发现氧

6、气烧结是提高陶瓷压电常数的有效手段，和上节研宄的极化机理结合分析发现，氧气烧结样品的高性能主要得益于其极化程度较高，这是因为陶瓷中的氧空位含量降低，因空间电荷聚集对畴壁产生的钉扎作用减弱，负效应减弱极化进行程度相对较高的缘故。同时，发现氧°气烧结样品具有很好的温度稳定性，其样品的压电常数在１４５Ｃ时还能保持一在室温的９０％，这是因为剩余极化强度尺的降低，定程度上抵消了最大极化强度户？＾的降低。：压电陶瓷关键词；铌酸钾钠；极化；气氛烧结；空间电荷聚集ＩＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＮａＮｂ〇－ｂａｓｅｄｔ

7、ｒＫＫＮＮｉｅｚｏｅｌｅｃｉｃｃｅｒａｍｉｃｓｈａｖｅｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎ（，）３（）ｐｖａｒｉｏｕｓｆｉｅｌｄｓｄｕｅｔｏｔｈｅｌａｒｅｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎｓｅａｓｗｅｌｌａｓｈｉｈＣｕｒｉｅ，ｇｐｐｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｕｄｙ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆＣａＺｒ〇３（ＣＺ），ｖａｒｔｔｔ－－ｉｏｕｓｐｏｌｉｎｇｃｏｎｄｉｉｏｎｓａｎｄａｍｏｓｐｈｅｒｅｓｉｎｅｒｉｎｇｏｎＫＮＮｂａｓｅｄｌｅ

8、ａｄｆｒｅｅｐｉｅｚｏｃｅｒａｍｉｃｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｆｉｒｓｔ