《PMSPZNPZT基压电陶瓷结构及性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PMSPZNPZT基压电陶瓷结构及性能研究（66页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、西北工业大学硕士学位论文ABS T RACTB r i e f r e v i e w s o n t h e t h e o r y , b a c k g r o u n d a n d s i g n i f i c a n c e o f P i e z o c e a r m i c s a r e b e in g m a d e a t t h e b e g i n n i n g o f t h i s t h e s i s . B a s e d o n t h i s , s e v e r a l s u p p l e m e n t a ry g u i d e
2、l i n e s a r e g i v e n o u t i n t h e c o m p o s i t i o n d e s i g n .A s e r i a l o f P Z N - P Z T b a s e d p i e z o c e r a m i c s a m p l e s w i t h d i ff e r e n t Z r / T i r a t i o s a r e s y n t h e s iz e d b y a d o p t i n g t h e t w o - s t e p m e t h o d . T h e i n fl
3、u e n c e t h a t t h e Z r / T i r a t i o s h a v e o n t h e c e r a m i c c r y s t a l s t r u c t u r e a n d i t s p r o p e rt i e s a r e s t u d i e d t h r o u g h t h e r e s e a r c h c a r r i e d o u t a b o u t t h e r e l a t i v e r e s p e c t s o f t h e f a b r i c a t e d s a m
4、 p l e s . T h e i n c r e a s e o f Z r / T i r a t i o c a n r e s u l t i n t h e c ry s t a l s t r u c t u r e t r a n s f o r m a t i o n f r o m t h e t e t r a g o n a l t o t h e r h o m b o h e d r a l , i t c a n a l s o i n d u c e t h e w e a k n e s s i n t h e s t a b i l i t y o f t
5、h e c e r a m i c c ry s t a l s t r u c t u r e , f o r e x a m p l e , t h e d r o p i n t h e C u r i e T e m p e r a t u r e .I n o r d e r t o e n h a n c e t h e r e l a t i v e l o w m e c h a n i c a l q u a l i t y f a c t o r o f P Z N - P Z T s y s t e m p i e z o c e r a m i c s , c o m
6、p o n e n t a d d i t i o n P b ( M n 1 /3 S b v 3 ) 0 3 ( h e r e a ft e r a b b r e v i a t e d a s P M S ) a r e in t r o d u c e d i n t o f o r m a n e w p s u d o - t e t r a g o n a l s y s t e m c e r a m i c s . I t h a s b e e n f o u n d t h a t a l l t h e e l e m e n t s i n t h e a d d
7、 i t i o n a c t r e s p e c t i v e l y i n t h e w a y t h a t a ff e c t t h e m a t e r i a l s p r o p e rt i e s d u r i n g t h e c a l c i n i n g p ro c e s s a n d t h e i n c r e a s e o f t h e P MS / P Z N r a t i o c a n w e a k e n t h e s t a b i l it y o f t h e c ry s t a l s t r u
8、 c t u r e o f t h e s i n t e r e d c e r a m i c s a n d c a u s e t h e c r y s t a l s t r u c t u r e tr a n s f o r m a t i o n fr o m t h e t e t r a g o n a l t o t h e r h o m b o h e d r a l a s we l l .S m a l l a m o u n t o f N b , M n d o p a n t s c o u l d b r i n g h i g h t h e Q m
9、 f a c t o r o f P MS - P Z N - P Z T b a s e d c e r a m i c , s o c a n i t b r i n g d o w n t h e s t a b i l i t y o f t h e m a t e r i a l c ry s t a l s t r u c t u r e . T o g o a s t e p f u r th e r , i f t h e C c d o p a n t i s i n t r o d u c e d , i t m a y d e t e r i o r a t e p r
10、o p e r t i e s fr o m a l l r e s p e c t s e x c e p t f o r a h i g h e r d e n s i t y .T h e s a m p l e w i t h a n o p t i m i z e d c o m p o s i t i o n i s f a b r i c a t e d i n P MS - P Z N - P Z T c e r a m i c s y s t e m , a n d i t s h o w s th e b e s t g e n e r a l p r o p e rt i
11、 e s : p 7 .8 4 g / c m 3 , 1 2 9 5 ta n s = 0 .0 0 3 8 , d 3 3 = 3 0 4 , K p = 0 .6 2 , Q m = 1 2 2 0 , T c 3 0 0 “C .K E Y WO R D S : P i e z o c e r a m i c s , r e l a t i v e q u a n t i t y , m i c r o s t r u c t u r e , p ro p e r ty , d o p i n g主要符号表主要符号表K p :机电 a合系数( 径向 振动模式 )Q m :机械品质因数Q
12、 e :电学品质因数相对介电常数t a n 8 :介电损耗d 3 3 :压电常数夕:谐振频率f a :反谐振频率T c 斤 ;XRD:S E M :EDS:P Z T:P Z N:P M S:谐振频率温度系数X射线衍射扫描电子显微镜能谱分析P b ( Z r T i ) 0 3 错钦酸铅P b ( Z n 1, 3 N b v 3 ) 0 3 , 妮锌酸铅P b ( M n ii3 S b 2 /3 ) 0 3 ，锑锰酸铅P T:PZ:P b T i 03 lP b Z r 03 ,钦酸铅错酸铅P e r o : 钙钦矿相P y r o :焦绿石相第一章 绪论第一章绪论1 . 1 研究的背景及
13、意义压电材料是在上个世纪，尤其是在上个世纪后半叶发展进来的一种新型功能材料。压电陶瓷材料是压电材料的重要的组成部分。从应用方面可以将压电陶瓷及器件分为七大类:压电 振子及材料; 压电电声器件:蜂鸣器、送话器、 受话器、 压电 喇叭; 压电超声换能器: 超声清洗、超声雾化、 超声美容、水声换能器、 超声探测; 信息处理器件: 滤波器、谐振器、陷波器、 监频器、声表面波、延迟线:动力装置:点火器、 超声切割、超声粘接、压电马达、压电变压器;压电传感器:速度、加速度计、器件说，:光调器、光阀、电光显示、光信息储存、角速度计、微位移器;光电映象储存和显示。从原理上来以上的所有器件都是利用压电陶瓷材料所
14、特有正、逆压电效应来实现机之间能量转换的换能器件。目 前压电器件的应用己经深入到了国防、医疗、 通信、交 通、 航 天、 航 空以 及 人 们日 常 生 活 的 各 个 领 域当 中 m 一15 1 。 据 统 计 1 , 2 0 0 2 年我国与压电 材料器件相关的电 子元件的销售总额就已 经超过了2 .O X 1 0 6 万元，在整个电子元件大类产品销售收入中 所占的比例已 经超过了 巧%。 如果再将相关的原材料、配套机械设备、检测设各等生产行业考虑在内，压电材料的研究、器件开发和生产应用在国民 经济中的价值会远远超过上面的统计数字。因此压电 材料及器件的 相关研究从利国利民这个更深的层次
15、讲， 有其内 在的必要性。目 前 应用最 广泛的 压电 陶瓷 材料是以 错钦酸铅 ( 以 下简称P Z T ) 为基的， 通过用B 位离 子M 犷 十 、 Z n 2 十 、 N b s + . T a s + 进 行单 独 或复 合 取 代，形 成的 具 有弛 豫 特性的A B 0 3 结构的复合钙钦矿型的固溶体类陶瓷材料。 在其基本结构中， A位为铅离子，B位多为过渡族元素的阳离子，O代表氧离子。由于这类材料的配方之中，P b O的含量有时会高达材料总重量的6 0 0/ a - 7 0 % ， 而 P b在生产及器件使用及后续处理的过程中会对环境造成一定程度的损害，因此如何降低压电陶瓷中存
16、在的铅污染问题成了困扰全世界范围内研究者的一大难题。该问题的解决西北工业大学硕士学位论文方案之一是用其它的元素的离子对铅离子进行取代。但是由于目前科学的发展和研究水平的局限性，至今世界各国的研究者还没有找到一种可以取代P Z T基的压电陶瓷材料的无铅压电陶瓷材料。基于目前压电陶瓷的研究和生产现状，在不断致力于无铅压电陶瓷材料研究同时，继续对P Z T基陶瓷的研究， 挖掘其在性能方面的潜力， 探索各种有效的途径， 尽可能降低甚至避免P b 在生产及材料的后续使用过程中对环境的污染，依然是摆在压电陶瓷材料研究者面前的一个重大课题，这也正是本研究工作得以开展的基础。目 前， 我国的压电陶瓷材料方面的理论研究和应用研究的水平与国外相比，还处在比较低的发展阶段，主要表现为缺乏自 主创新，拥有自 主知识产权的产品少; 研究路线多为检索+重复。 据统计， 1 9 9 7 年至2 0 0 2 年六年间， 国家专利局公布的有关压电陶瓷及其应用方面的6 0 余项专利中， 日本公司申请的有约5 0项，其中仅村田株氏会社就占了其中的近8 0 %，韩国有2 项，我国仅有4 项，其
