PZT壓電陶瓷老化性能及PLZT透明陶瓷光致應變研究.pdf

1、鋯鈦酸鉛(PZT)作為一種壓電性能優(yōu)良的壓電陶瓷，已經(jīng)應用于航空、航天等領域，如飛機發(fā)動機的壓電點火器等。但是，在實際使用過程中，壓電陶瓷零部件的壓電性能在一定程度上不能夠滿足使用要求，壓電老化導致試樣在使用過程中老化開裂，本文目的在于提高PZT壓電陶瓷的壓電性能，并且改善其老化性能。
　　另外，鋯鈦酸鑭鉛(PLZT)作為一種透明的光電功能陶瓷，既具有鐵電性和壓電性，又具有優(yōu)異的光致應變性能，可以實現(xiàn)光能-電能-機械能的一體化，在

2、光學微調(diào)器、行星探測領域等都有重要的應用前景。PLZT透明陶瓷的制備工藝的探索以及光致應變性能的研究變得極其重要。
　　本文選取MPB附近的Pb1.05(Zr0.52Ti0.48)O3為研究對象，探索高致密度的PZT壓電陶瓷的制備工藝，包括粉體的制備、試樣的成型及燒結工藝。試樣采用共沉淀法制備PZT粉體，通過X射線衍射確定粉體的最佳預燒溫度為700℃。通過研究PVA的添加量、排膠工藝對試樣致密度的影響，確定最佳成型工藝為：PVA添

3、加量為5wt％，以1℃/min的速度升溫到300℃，然后以0.5℃/min的速度緩慢升溫到500℃，保溫1h后隨爐冷卻。通過研究燒結溫度、保溫時間、包埋方式、燒結方式對試樣致密度及性能的影響，確定PZT陶瓷的最佳燒結工藝：采用通氧氣氛燒結方式，以試樣下面鋪ZrO2上面由PZT粉體覆蓋為包埋方式，在1150℃條件下保溫2h。最終試樣獲得最佳綜合性能：致密度為98.65%，εr=2019，tanδ=1.48%，d33=434pC/N，Pr=

4、22.49μC/cm2。
　　針對PZT壓電陶瓷老化開裂的問題，本文選擇以PZT為基，Sr2+、Ba2+進行A位摻雜，Nb5+進行B位摻雜，提高PZT的壓電性能，改善老化性能，并探索了老化規(guī)律。研究表明：隨著Sr2+含量的增加，MPB逐漸向四方相移動，Sr2+摻雜量為5wt%時，獲得最佳綜合性能：εr=1609，tanδ=1.84%，Pr=16.5μC/cm2，Ec=34.9kV/cm，d33=440.8pC/N；隨著Ba2+含量

5、的增加，MPB逐漸向三方相移動，Ba2+摻雜量為6wt%時，εr=1536，tanδ=2.01%，Pr=17.5μC/cm2，Ec=36.2kV/cm，d33=465.9pC/N。壓電陶瓷壓電常數(shù)的老化規(guī)律為：10天內(nèi)直線型老化規(guī)律、11-60天自然對數(shù)型老化規(guī)律、61-120天漸近直線型老化規(guī)律。
　　針對PLZT透明陶瓷制備困難的問題，本文從粉體制備、試樣燒結工藝兩個方面進行探索。通過X射線衍射、粒度、粉體分散性分析，確定溶膠

6、-凝膠法為PLZT粉體的最佳制備工藝。分別采用氣氛燒結、SPS燒結制備 PLZT陶瓷。氣氛燒結PLZT試樣致密度達到97.8%，在可見光下不透明，綜合性能為：εr=1623，tanδ=1.21%，Pr=25.13μC/cm2，Ec=37.24kV/cm，d33=460.8pC/N；SPS燒結試樣致密度達99.5%，試樣在可見光下透明，綜合性能為：εr=1813，tanδ=0.85%，Pr=34.72μC/cm2，Ec=32.16kV/c