PLZT陶瓷的制备及其掺杂改性研究

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1、硕士学位论文PLZT陶瓷的制备及其掺杂改性研究PREPARATIONANDDOPINGMODIFICATIONRESEARCHOFPLZTCERAMICS郭有文哈尔滨工业大学2018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PLZT陶瓷的制备及其掺杂改性研究硕士研究生：郭有文导师：王文教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG453U.D.C:621.791Dissertationfo

2、rtheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONANDDOPINGMODIFICATIONRESEARCHOFPLZTCERAMICSCandidate：GuoYouwenSupervisor：Prof.WangWenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degre–Conferr

3、ing–Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要镧改性锆钛酸铅(简称PLZT)陶瓷具有优异的铁电、压电、介电性能，在微存储器、热释电红外探测器、铁电场效应管、微机械、平板显示器等方面都有着重要的应用。PLZT陶瓷一个重要的性能是光致应变效应，这种效应是吸收紫外光波段的光产生的，而在光学和电光器件中使用的铁电材料也需在可见光区域有一定的透过率，此外陶瓷的致密度直接影响其性能。因此PLZT陶瓷的制备工艺探索及光学、电学性能改进具有重要意义。本文选用了性能优异的PbLa0.04(Zr0.52T

4、i0.48)O3陶瓷为研究对象，期望通过制备方式的探究，利用气氛烧结制备出致密度高的透明PLZT陶瓷。首先对陶瓷的制备工艺进行了研究，粉体的制备方法采用了传统的固相法以及溶胶凝胶法，球磨方式采用了普通球磨和高能球磨，通过对粉体物相、粒径以及陶瓷片致密度的分析确定了最佳的粉体制备工艺，之后又研究了粘结剂PVA的添加量以及烧结温度和保温时间等制备工艺对PLZT陶瓷致密度和性能的影响，通过物相、表面形貌以及性能的分析，确定了最佳制备工艺为：采用溶胶凝胶法与高能球磨法相结合制备PLZT粉体，经过700oC预烧2h后添加5%PVA粘结剂压制成型，在500oC保温1h排

5、胶后在1250oC下保温2h，由此获得的PLZT陶瓷致密度可达99.45%，综合性能为：ε2r=758.26，tanδ=0.076，d33=192.7pC/N，Pr=22.60μC/cm。为了提高PLZT的性能，本研究采用了离子掺杂的方法，选择Dy3+、Nd5+、Pr3+三种稀土离子取代铅离子进行A位掺杂，W6+离子取代钛离子进行B位掺杂，引入阳离子空位。分析了不同离子掺杂量对PLZT陶瓷电学性能的影响规律。研究结果表明，稀土离子掺杂可以有效提高材料的铁电、介电性能。Dy3+掺杂PLZT陶瓷(PLDZT)时陶瓷的压电性能略有降低，铁电性能先增大后又有所降低，

6、介电常数增大，介电损耗降低，介电性能变好。当Dy3+掺杂量为3mol.%时陶瓷密度为7.78g/cm3，电学性能较好：d233=158.9pC/N，Pr=67.25μC/cm，εr=878.38，tanδ=0.035。Nd3+掺杂PLZT陶瓷(PLNZT)时对陶瓷的影响与Dy3+掺杂相似，当Nd3+掺杂量为3mol.%时，电学性能较好：d233=166.7pC/N，Pr=47。74μC/cm，εr=1083.41，tanδ=0.039。Pr3+掺杂PLZT陶瓷(PLPZT)可提高材料的铁电、压电性、介电性能，当掺杂量为1mol.%时，铁电、压电性能最优：d2

7、33=291.4pC/N，Pr=52.41μC/cm，介电性能在掺杂量为4mol.%时最佳：ε6+r=941.25，tanδ=0.054。W掺杂陶瓷(PLZTW)的压电性能降低，介电铁电性能提高，当掺杂量为2mol.%时电学性能最佳：d33=344.9pC/N，-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文P2r=39.53μC/cm，εr=1150.36，tanδ=0.044。我们对固相法和溶胶凝胶法制备的PLZT陶瓷以及厚度为0.35mm的Dy3+、Pr3+、Nd3+、W6+掺杂的PLZT陶瓷在390–780nm可见光波段的透过率(T)以及在紫外光250–390n

8、m波段的吸收率(abs)进行分析。结果表明陶瓷的厚度