高性能鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的制備及其極化行為研究

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1、高性能鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的制備及其極化行為研究（申請清華大學工學碩士學位論文）培養(yǎng)單位：材料學院學科：材料科學與工程研究生：李琦指導教師：王軻副研究員二？一七年四月ＰｒｅａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｏｌｉｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎｐｇｇｇｏｆｈ－ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＨｉｇＫＮａＮｂ０－ＢａｓｅｄＰｉｅｚｏｃｅｒａｍｉｃｓ（，）３ＴｈｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＴｓｉｎｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｇｙｉｎａｒｔｉａｌｆｕｌｆｉｌｌｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｐｑｆｏｒ

2、ｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＳｃｉｅｎｃｅｉｎＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂｙＱｉＬｉＴｈｅｓｉｓＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：ＡｓｓｏｃｉａｔｅＰｒｏｆｅｓｓｏｒＫｅＷａｎｇＡｐｒｉｌ２０１７，關于學位論文使用授權(quán)的說明本人完全了解清華大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即：清華大學擁有在著作權(quán)法規(guī)定范圍內(nèi)學位論文的使用權(quán)，其中包括：（１）已獲學位的研究生必須按學校規(guī)定提交學位論文，學?？梢裕崳姴捎糜坝　⒖s印或其他復制手段保存研究生上交的學位論文；

3、（２）為教學和科研目的，學?？梢詫⒐_的學位論文作為資料在圖書館、資料室等場所供校內(nèi)師生閱讀，或在校園網(wǎng)上供校內(nèi)師生瀏覽部分內(nèi)容。本人保證遵守上述規(guī)定。（保密的論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名：導師簽名：日期：日期：摘要摘要壓電陶瓷由于其成本低性能好，已經(jīng)被運用到了從工業(yè)生產(chǎn)到人民生活的各個領域。隨著人們環(huán)保意識的增強，無鉛壓電陶瓷的研宄必將成為未來的發(fā)展方向。本文通過對（Ｋ，Ｎａ）Ｎｂ０３（ＫＮＮ）基無鉛壓電陶瓷的摻雜改性、極化行為和氣氛燒結(jié)的研宄，深入分析壓電陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)與電性能的

4、關系，以此作為指導，制備高性能的無鉛壓電陶瓷。首先，通過調(diào)控不同ＣａＺｒ０ＣＺ摻雜含量得到ＫＮＮ基壓電陶瓷３（）－ＮａＮｂ－ｌｘＫＬｉＴａＯＫＮＮＬＴｘＣａＺｒＯ，（（）（０．４９０．４９０．０２）（０．８０．２）３（）３）在摻雜量為５ｍｏｌ％（ＣＺ５）時得到了最高壓電常數(shù)必３為３４４ｐＣ／Ｎ的壓電陶瓷，其高性能主要是－Ｔ相的相轉(zhuǎn)變溫度接近室溫因為０，而兩相共存能促進疇翻轉(zhuǎn)。之后對細微組分的Ｃ一ａＺｒ０摻雜的樣品進行研宄，發(fā)現(xiàn)ＣａＺｒ０摻雜的壓電陶瓷在定配３３比范圍內(nèi)都顯示出高性能，有效保證了此體系高性能的穩(wěn)定性與重復性。

5、一一之后，通過對同個ＣＺ５樣品在不同條件下極化后進行系列的測試分析，發(fā)現(xiàn)與Ｐｂ（ＺｒＴｉ０ＰＺＴ含鉛壓電陶瓷不同的是，它可以在較小的電，）３（）場較短的時間內(nèi)接近最終的極化狀態(tài)，這得益于它較小的ｃ／ａ比。同時，除了通過疇的定向排列產(chǎn)生的正效應，空間電荷作為負效應阻礙極化進行的結(jié)論同樣得到了印證。同時，對比不同缺陷的陶瓷在同樣極化條件下達到的極化狀態(tài)，也可驗證（Ｋ，Ｎａ）Ｎｂ０３基無鉛壓電陶瓷的極化是正負效應共同作用的結(jié)果。為了減弱極化中的負效應，對ＣＺ５進行氧氣燒結(jié)，得到壓電常數(shù)必３為３９０ｐＣ／Ｎ的壓電陶瓷，發(fā)現(xiàn)氧

6、氣燒結(jié)是提高陶瓷壓電常數(shù)的有效手段，和上節(jié)研宄的極化機理結(jié)合分析發(fā)現(xiàn)，氧氣燒結(jié)樣品的高性能主要得益于其極化程度較高，這是因為陶瓷中的氧空位含量降低，因空間電荷聚集對疇壁產(chǎn)生的釘扎作用減弱，負效應減弱極化進行程度相對較高的緣故。同時，發(fā)現(xiàn)氧°氣燒結(jié)樣品具有很好的溫度穩(wěn)定性，其樣品的壓電常數(shù)在１４５Ｃ時還能保持一在室溫的９０％，這是因為剩余極化強度尺的降低，定程度上抵消了最大極化強度戶？＾的降低。：壓電陶瓷關鍵詞；鈮酸鉀鈉；極化；氣氛燒結(jié)；空間電荷聚集ＩＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＮａＮｂ〇－ｂａｓｅｄｔ

7、ｒＫＫＮＮｉｅｚｏｅｌｅｃｉｃｃｅｒａｍｉｃｓｈａｖｅｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎ（，）３（）ｐｖａｒｉｏｕｓｆｉｅｌｄｓｄｕｅｔｏｔｈｅｌａｒｅｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎｓｅａｓｗｅｌｌａｓｈｉｈＣｕｒｉｅ，ｇｐｐｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔｕｄｙ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆＣａＺｒ〇３（ＣＺ），ｖａｒｔｔｔ－－ｉｏｕｓｐｏｌｉｎｇｃｏｎｄｉｉｏｎｓａｎｄａｍｏｓｐｈｅｒｅｓｉｎｅｒｉｎｇｏｎＫＮＮｂａｓｅｄｌｅ

8、ａｄｆｒｅｅｐｉｅｚｏｃｅｒａｍｉｃｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｆｉｒｓｔ