pztms基大功率压电陶瓷的制备与表征毕业论文

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1、PZTMS基大功率压电陶瓷的制备与表征毕业论文目录中文摘要…………………………………………………………………………………1英文摘要…………………………………………………………………………………21绪论31.1压电材料和压电效应31.2压电陶瓷的结构52.1.1晶体结构52.1.2电畴62.1.3固溶体61.3掺杂改性81.4压电陶瓷的制备工艺对材料性能的影响111.5压电陶瓷的研究现状131.5.1研究进展131.5.2弛豫铁电体141.5.3几种PZT基陶瓷的特点141.5.4几种常见的化合物添加剂161.6研究

2、背景和意义162实验部分182.1实验药品182.2样品制备182.3样品的表征方法192.3.1样品的密度测定192.3.2X射线衍射分析（XRD）202.3.3扫描电镜分析（SEM）202.3.4压电、介电性能的测试212.4实验用主要仪器设备223结果与讨论233.1致密度分析233.2XRD分析233.3SEM分析243.4介电、压电性能2530结论29谢辞30[参考文献]311绪论1.1压电材料和压电效应压电材料按其化学组成和形态分为压电单晶、压电陶瓷、压电高分子聚合物三类(如图1.1所示)。与其它压电材

3、料相比，压电陶瓷化学性质稳定，易于制得各种形状、尺寸和任意极化方向的产品，能通过掺杂或置换取代改性得到适合不同需要的具有不同特性的陶瓷，并且价格低廉，因而是一类重要的、国际竞争极为激烈的高技术功能材料，在工业、民用和军事产品上应用十分广泛，包括滤波器、谐振器、传感器、换能器等数十种器件。图1.1压电材料的体系结构30在某些电介质的特定方向上施加压力或拉力，电介质的一些对应的表面上分别出现正负束缚电荷，其电荷密度与施力大小成正比，这种现象就称为压电效应。具有压电效应的材料称为压电材料。压电效应可分为正压电效应和逆压电

4、效应。某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应，当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。如图1.2所示。图1.2(a）正压电效应示意图图1.2(b)逆压电效应示意图晶体的压电效应可用图1.3的示意图来解释。图1.3(a)表示出压电晶体中的质点在某方向上的投影。

5、晶体不受外力作用时，其正、负电荷重心重合，整个晶体的总电矩为零，因而晶体表面不带电荷。但是当沿某一方向对晶体施加机械力时，晶体就会发生由于形变而导致的正、负电荷重心不重合，也就是电矩发生了变化，从而引起晶体表面的荷电现象。图1.3(b)是晶体受到压缩时的荷电情况;图1.3(c)则是晶体受到拉伸时的荷电情况。在这两种机械力的情况下，晶体表面带电的符号相反。30图1.3压电效应的机理1.2压电陶瓷的结构2.1.1晶体结构目前最广泛应用的压电陶瓷主要是含铅与无铅体系，含铅的主要是锆钛酸铅及以锆钛酸铅为基的二元、三元和四元

6、体系，且已经发展到五元；无铅的主要是以钛酸钡、铌酸钾钠及以其为基的体系等等。晶体是内部质点在三维空间按周期性重复排列的固体，宏观晶体存在32种对称型或是32种点群，其中有对称中心的有11种，剩下无对称中心的有21种，其中20个表现出压电效应。从晶体结构看，钙钛矿型、钨青铜型、层状铋化合物、烧绿石型化合物以及以PZT为基的陶瓷都具有压电效应，而目前常用的压电陶瓷（BT,PZT,NKN等）都属于钙钛矿结构。这些体系共同的特点是都属于钙钛矿结构，如图1.4所示：（1）分子式都可写成ABO3型；(2)相应的离子在晶胞中排列

7、的位置也相同，A离子位于六面体的八个顶点上，B离子位于六面体的中心，O离子位于六面体的六个面心。除此之外，要得到稳定的钙钛矿结构的需要满足容差因子公式rA+rO=t(rB+rO)，其中t为容差因子（0.75）30ABO3型：A：＋1,＋2,＋3Na＋，K＋，Ba2+，Pb2+,La3+B：＋5,＋4,＋3Nb5+,Ti4+，Zr4+，Fe3+图1.4压电陶瓷的钙钛矿结构晶体具有铁电效应的原因(以BT为例）：氧八面体空隙大，中心阳离子钛离子半径小，电价高，很容易与氧离子产生相互作用，当钛离子发生位移向某一氧离子靠拢时

8、，氧离子的电子云变形，也向钛离子靠近并产生强烈的电子位移极化，氧离子极化产生的电场会促使钛离子进一步位移。这样钛氧离子相互作用产生的内电场超过了钛离子位移不大时产生的恢复力，因而钛离子在新的位置上固定下来，使单位晶胞中正负电荷中心不重合，产生电偶极距，这种现象就是自发极化。极化产生连锁反应向前扩展形成电畴。由于钛酸钡的氧离子位于相互垂直的三个轴上，故而只有反