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1、大應(yīng)變PSN-PNN-PZT壓電陶瓷的制備與性能研究Thepreparationandinvestigationoflarge-strainPSN-PNN-PZTpiezoelectricceramics學(xué)科專(zhuān)業(yè)：材料學(xué)研究生：郭瑤仙指導(dǎo)教師：馬衛(wèi)兵副教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二零一五年十二月摘要本文通過(guò)傳統(tǒng)固相法制備了四元體系yPSN-0.3PNN-(0.7-y)PZT（y=0-0.02）壓電陶瓷，通過(guò)對(duì)物相分析、微觀結(jié)構(gòu)的觀察和壓電介電性能的分析，討論了PSN對(duì)體系準(zhǔn)同型相界的影響，以及對(duì)壓電介電性能的影響，最終確定性能最優(yōu)的最佳組分，然后對(duì)最佳PSN含量的配方進(jìn)行工藝
2、（合成溫度、極化條件）的優(yōu)化以及進(jìn)行La摻雜，以實(shí)現(xiàn)大應(yīng)變壓電陶瓷的應(yīng)用。通過(guò)研究不同PSN含量對(duì)yPSN-0.3PNN-(0.7-y)PZT四元體系準(zhǔn)同型相界處Zr/Ti的影響，并討論了其對(duì)性能的影響。發(fā)現(xiàn)隨著PSN含量的增加，處于準(zhǔn)同型相界處的Zr/Ti逐漸減小，即隨著PSN含量的增加，鈮銻鈮鎳鋯鈦酸鉛四元體系的準(zhǔn)同型相界是逐漸向富鈦區(qū)移動(dòng)。在燒結(jié)溫度為1240℃時(shí)，體系壓電系數(shù)、機(jī)電耦合系數(shù)、介電常數(shù)隨著PSN含量的增加均先增加后減小。當(dāng)PSN含量為1.5mol%時(shí)，體系性能達(dá)到最佳。PSN-PNN-PZT壓電陶瓷的應(yīng)力應(yīng)變曲線形狀是蝴蝶狀曲線，電滯回線是典型的矩形狀曲線
3、，隨著PSN增加，剩余極化強(qiáng)度(Pr)和應(yīng)變極值(Smax)都是先增大后減小，當(dāng)PSN=1.5mol%時(shí)，Pr和Smax均達(dá)到最大。研究了0.015PSN-0.3PNN-0.685PZT體系壓電陶瓷，討論了Zr/Ti和合成溫度對(duì)材料性能的影響。隨著Zr/Ti的增加，試樣的相結(jié)構(gòu)從四方相逐漸向三方相轉(zhuǎn)T變。隨Zr/Ti的增加，d33,kp,ε33/ε0都是先增大后降低；隨著合成溫度的增加，T陶瓷片的d33和ε33/ε0先增加后降低。當(dāng)Zr/Ti=43/57，T合=750℃時(shí)，試樣的性T能達(dá)到最佳：d33=643pC/N，kp=0.67，ε33/ε0=4349，tanδ=1.67%
4、，Tc=229°C。本實(shí)驗(yàn)還討論了極化方式對(duì)陶瓷性能的影響，發(fā)現(xiàn)陶瓷性能與在極化過(guò)程中試樣的冷卻速度有關(guān)，當(dāng)采用無(wú)保壓自然冷卻的極化方式時(shí)，陶瓷性能最佳：d33=661TpC/N，ε33/ε0=4603，tanδ=1.57%。對(duì)于0.015PSN-0.3PNN-0.685PZT壓電陶瓷，在電場(chǎng)強(qiáng)度為3kV/mm下，隨著鋯鈦比的增加，剩余極化強(qiáng)度和最大應(yīng)變Smax都是先增加后減小，矯頑場(chǎng)是一直減小。當(dāng)Zr/Ti=43/57時(shí)，Smax=0.39%，2Pr=33.53μC/cm，EC=0.8kV/mm。研究了La摻雜0.015PSN-0.3PNN-0.685PZT壓電陶瓷，討論了L
5、a的摻雜量、燒結(jié)溫度以及Zr/Ti對(duì)體系的準(zhǔn)同型相界和壓電介電性能的影響。隨著La摻雜T量、燒結(jié)溫度和Zr/Ti的增加，d33,kp,ε33/ε0均是先增大后降低。當(dāng)La摻雜量為1mol%，燒結(jié)溫度為1260°C，Zr/Ti=43/57時(shí)，陶瓷獲得最佳性能：d33=656pC/N，Tkp=0.63，ε33/ε0=5403，tanδ=1.74%，Tc=212°C。關(guān)鍵詞：PSN-PNN-PZT，合成溫度，極化方式，大應(yīng)變ABSTRACTInthisworkyPSN-0.3PNN-(0.7-y)PZT（y=0-0.02）piezoelectricceramicswereprepar
6、edbyaconventionalmixedoxidemethod.Themorphotropicphaseboundaries(MPBs)andpropertiesofyPSN-0.3PNN-(0.7-y)PZT(y=0,0.005,0.01,0.015and0.02)ceramicswithPSNwereinvestigatedbyphaseanalyzing,Microstructureobservationandelectricalpropertiesanalyzing.Finally,wecangetthebestcompositionwithoptimalperfo
7、rmance.Wealsodotheexperimentaboutprocessoptimization(synthesistemperatureandpolingconditions)andLadoping,inordertorealizethelargestrainapplicationsofpiezoelectricceramics.TheZr/TioftheMPBandpropertiesofyPSN-0.3PNN-(0.7-y)PZTsystemwithdifferentPSNwe
