退火及气氛烧结对偏铌酸铅基压电陶瓷结构及电学性能的影响

发布时间：2017-11-25 01:22

  本文关键词：退火及气氛烧结对偏铌酸铅基压电陶瓷结构及电学性能的影响

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【摘要】：高温压电陶瓷,具有较高的居里温度,在低于居里温度的温度范围内具有较优异的电学性能,能长期工作于高温环境。本文以PbNb2O6基高温压电陶瓷为研究对象,研究了氧化物掺杂和不同制备工艺对陶瓷试样的结构、介电及压电性能的影响规律。结果如下：(1)采用传统固相法制备了Pb0.925Ba0.075Nb2O6-0.5wt%TiO2(PBN-T)压电陶瓷,并详细研究了退火对PBN-T陶瓷的结构、介电及压电性能的影响规律。在实验中将退火温度选取为500-800℃,退火时间选取为12-168h,退火气氛选取为空气中无额外Pb2+源、空气中含额外Pb源及氮气中含额外Pb源。结果表明,陶瓷的电学性能与退火参数密切相关,其中在600℃、氮气中含额外Pb2+源气氛下退火73h的陶瓷试样具有最佳性能,其居里温度为523℃,室温下压电常数为85pC/N,极化试样在500℃热处理后仍具有高的压电常数82pC/N。(2)采用传统固相法制备了Pb0.925Ba0.075Nb2O6-0.5wt%TiO2(PBN-T)压电陶瓷,分别在空气、氧气和氮气中进行预烧和烧结。所有陶瓷试样均形成了纯正交铁电相结构。在氮气中烧结的陶瓷试样,X射线衍射峰向高角度移动,晶胞发生收缩。在氮气中预烧或烧结的陶瓷,其晶粒形貌表现为尺寸较均匀的多边形,在氮气中预烧或烧结能起到改善晶粒形貌、细化晶粒的作用。在氧气中烧结能提高陶瓷的居里温度；在氮气中烧结陶瓷的最大介电常数降低、居里温度变小、介电峰发生宽化。(3)采用传统固相法制备了Pb0.925Ba0.075Nb206-0.5wt%MnO2(PBN-M)压电陶瓷,并详细研究了退火对PBN-M陶瓷的结构、介电及压电性能的影响规律。在实验中将退火温度选取为600℃,退火时间选取为73h,退火气氛选取为空气中无额外Pb2+源、氮气中含额外Pb2+源及氧气中含额外Pb2+源。结果表明,陶瓷的电学性能与退火气氛密切相关,其中在6000C、氧气中含额外Pb2+源气氛下退火73h的陶瓷试样具有最佳性能,陶瓷介电损耗降低,最大介电常数为10621,居里温度为520℃,平面机电耦合系数为0.3328,机械品质因数为12。(4)采用热压烧结法制备了Pb0.925Ba0.075Nb2O6-0.5wt%TiO2(PBN-T)压电陶瓷,详细研究了烧结温度、压力大小、烧结时间对PBN-T陶瓷的结构、介电及压电性能的影响规律。结果表明,在保温阶段,压头位移不变,即保温时间增加不会增大陶瓷的体密度；体密度的值取决于压力的大小。体密度曲线表明,压力达到1.2t(即16.1MPa)时,体密度达到6.40g/cm3以上；压力继续增大,体密度基本不变。与常规烧结相比,热压烧结提高了陶瓷的致密性。在1245℃抽真空不加压时,陶瓷晶粒不规则,大小不均匀,表面存在气孔,平均晶粒尺寸为9.3μm；在1255℃热压烧结时,陶瓷的致密度得到提高,陶瓷的闭气孔减少,但晶粒较大。陶瓷在压力大于0.8t(即10.7MPa)、小于1.5t(即19.4MPa)区间内时可得到致密性良好、形貌较均匀的陶瓷试样。
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM282

【共引文献】

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本文编号：1224307