模板晶粒生长技术制备pt_pzt基织构陶瓷的研究

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1、中图分类号：TM282论文编号：102870618-SZ036学科分类号：085204硕士学位论文模板晶粒生长技术制备PT/PZT基织构陶瓷的研究研究生姓名盛云专业类别工程硕士专业领域材料工程指导教师杨颖教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyResearchonTexturingPT/PZT

2、-basedPiezoelectricCeramicsbyTemplatedGrainGrowthAThesisinMaterialsEngineeringbyYunShengAdvisedbyProf.YingYangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地

3、方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文摘要随着科技发展的日新月异，传统压电陶瓷已无法紧跟市场需求的步伐，因此，发展新型陶瓷逐渐成为学术领域的研究重点。近年来，织构压电陶瓷由于制备方法简单、成本低廉、

4、易于规模化生产且具有优异压电性能等特点，在作动器、新型传感器、换能器等领域具有广阔的应用前景。本课题首先利用熔盐法和拓扑化学微晶转化法制备出片状的BaTiO3(BT)模板，然后结合模板晶粒生长技术成功制备出0.675PMN-0.325PT(PMN-PT)及0.4PMN-0.25PZ-0.35PT(PMN-PZT)织构陶瓷。文章系统地研究了模板、织构陶瓷的制备工艺以及模板对陶瓷织构化、性能的影响，探讨了各阶段的反应机理。在两步熔盐法和拓扑化学微晶转化法制备片状BT模板的过程中，通过调控前驱体Bi4Ti3O12

5、和BaBi4Ti4O15以及BT模板合成过程中的煅烧温度、降温速率、酸洗浓度等工艺参数，获得了<001>取向的纯钙钛矿结构片状BT模板，片状模板的长宽尺寸为5~15μm，厚度为0.5μm~1μm，径高比大于10，适合用于制备PMN-PT及PMN-PZT织构陶瓷。采用流延成型技术制备出高质量流延素坯，通过调整溶剂、分散剂、粘结剂和增塑剂的配比，成功地流延出表面平整、无明显缺陷、BT模板沿流延方向定向排列且厚度约为50μm的PMN-PT流延素坯膜片，叠压后烧结成瓷。在陶瓷烧结过程中，通过调整BT模板的含量、烧结

6、温度等工艺条件制备出高织构度的织构陶瓷。结果表明：模板含量为6wt%，1180ºC烧结53h后得到的PMN-PT织构陶瓷的织构度最高(66%)，体积密度和相对密度分别为7.6896g/cm和95%，准静态d33为615pC/N，在40kV/cm的电场下最大单边应变Sm为0.317%，对应高场下**等效压电常数d33为793pm/V，相比随机取向陶瓷的性能(d33~403pC/N，d33~455pm/V)有很大的提高。另外，模板的添加对织构陶瓷的居里温度(Tc)影响较小，Tc基本保持在150ºC左右。通过与上

7、述相同的方法制备出织构度为56%的PMN-PZT织构陶瓷，以满足更高温度条件下的应用需求。织构陶瓷的准静态d33为432pC/N，在40kV/cm的电场下最大单边应变Sm为*20.257%，高场等效压电常数d33为643pm/V，剩余极化Pr为41.44μC/cm，矫顽场Ec为9.99kV/cm，*各项电学性能均优于随机取向陶瓷在相同条件下测得的d33(353pC/N)、Sm(0.196%)、d33(4902pm/V)、Pr(25.97μC/cm)及Ec(11.2kV/cm)，织构陶瓷和随机取向陶瓷的居里温

8、度Tc都维持在210ºC左右。因此，陶瓷的织构化在提高各项电学性能的同时几乎不影响其相变温度。关键词：片状BaTiO3模板，PMN-PT，PMN-PZT，织构陶瓷，流延成型技术本硕士学位论文在机械结构力学及控制国家重点实验室(南京航空航天大学)完成。本项目受高等学校学科创新引智计划项目(项目编号：B12021)资助。I模板晶粒生长技术制备铅基织构陶瓷的研究ABSTRACTWiththedevelopmentofs