pzt压电陶瓷老化性能及plzt透明陶瓷光致应变研究

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1、硕士学位论文PZT压电陶瓷老化性能及PLZT透明陶瓷光致应变研究RESEARCHONAGINGPERFORMANCEOFPZTPIEZOELECTRICCREAMICANDPHOTOSTRICTIONOFPLZTTRANSPARENTCREAMICS宋乐哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG453学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工程硕士学位论文PZT压电陶瓷老化性能及PLZT透明陶瓷光致应变研究硕士研究生：宋乐导师：王文教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予

2、学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG453U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONAGINGPERFORMANCEOFPZTPIEZOELECTRICCREAMICANDPHOTOSTRICTIONOFPLZTTRANSPARENTCREAMICSCandidate：SongLeSupervisor：Prof.WangWenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：

3、MaterialsScienceAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要锆钛酸铅(PZT)作为一种压电性能优良的压电陶瓷，已经应用于航空、航天等领域，如飞机发动机的压电点火器等。但是，在实际使用过程中，压电陶瓷零部件的压电性能在一定程度上不能够满足使用要求，压电老化导致试样在使用过程中老化开裂，本

4、文目的在于提高PZT压电陶瓷的压电性能，并且改善其老化性能。另外，锆钛酸镧铅(PLZT)作为一种透明的光电功能陶瓷，既具有铁电性和压电性，又具有优异的光致应变性能，可以实现光能-电能-机械能的一体化，在光学微调器、行星探测领域等都有重要的应用前景。PLZT透明陶瓷的制备工艺的探索以及光致应变性能的研究变得极其重要。本文选取MPB附近的Pb1.05(Zr0.52Ti0.48)O3为研究对象，探索高致密度的PZT压电陶瓷的制备工艺，包括粉体的制备、试样的成型及烧结工艺。试样采用共沉淀法制备PZT粉体，通过X射线衍射确定粉体的最佳预烧温度为700℃。通

5、过研究PVA的添加量、排胶工艺对试样致密度的影响，确定最佳成型工艺为：PVA添加量为5wt%，以1℃/min的速度升温到300℃，然后以0.5℃/min的速度缓慢升温到500℃，保温1h后随炉冷却。通过研究烧结温度、保温时间、包埋方式、烧结方式对试样致密度及性能的影响，确定PZT陶瓷的最佳烧结工艺：采用通氧气氛烧结方式，以试样下面铺ZrO2上面由PZT粉体覆盖为包埋方式，在1150℃条件下保温2h。最终试样获得最佳综合性能：致密度为98.65%，εr=2019，tanδ=1.48%，2d33=434pC/N，Pr=22.49μC/cm。2+2+针

6、对PZT压电陶瓷老化开裂的问题，本文选择以PZT为基，Sr、Ba进行A5+位掺杂，Nb进行B位掺杂，提高PZT的压电性能，改善老化性能，并探索了老2+2+化规律。研究表明：随着Sr含量的增加，MPB逐渐向四方相移动，Sr掺杂量为25wt%时，获得最佳综合性能：εr=1609，tanδ=1.84%，Pr=16.5μC/cm，Ec=34.9kV/cm，2+2+d33=440.8pC/N；随着Ba含量的增加，MPB逐渐向三方相移动，Ba掺杂量为6wt%2时，εr=1536，tanδ=2.01%，Pr=17.5μC/cm，Ec=36.2kV/cm，d33

7、=465.9pC/N。压电陶瓷压电常数的老化规律为：10天内直线型老化规律、11-60天自然对数型老化规律、61-120天渐近直线型老化规律。针对PLZT透明陶瓷制备困难的问题，本文从粉体制备、试样烧结工艺两个方面进行探索。通过X射线衍射、粒度、粉体分散性分析，确定溶胶-凝胶法为PLZT-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文粉体的最佳制备工艺。分别采用气氛烧结、SPS烧结制备PLZT陶瓷。气氛烧结PLZT试样致密度达到97.8%，在可见光下不透明，综合性能为：εr=1623，tanδ=1.21%，2Pr=25.13μC/cm，Ec=37.24kV/

8、cm，d33=460.8pC/N；SPS烧结试样致密度达99.5%，2试样在可见光下透明，综合性能为：εr=1813，tanδ=0.85