反应烧结法制备(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3弛豫铁电陶瓷及其性能研究

作     者：丁晨露 

作者单位：常州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：方必军

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：反应烧结法 PMN-PT陶瓷 电学性能 烧结助剂 

摘      要：弛豫铁电陶瓷(1-x)Pb(MgNb)O-xPbTiO(PMN-PT)由于具有优良的综合电学性能和光学性能,在多层陶瓷电容器、高性能压电器件和光学装置中有着广泛的应用。 本论文通过反应烧结法制备(1-x)Pb(MgNb)O-xPbTiO(PMN-PT)弛豫铁电陶瓷。系统地研究了烧结温度、PbTiO(PT)含量对陶瓷的相组成、微观结构、介电、铁电和压电性能的影响。X-ray衍射结果表明,不同组成的PMN-PT都可以通过反应烧结法、在一定的烧结温度区间烧结,制备出纯钙钛矿结构的陶瓷。综合分析烧成的陶瓷的显微结构、致密度及电学性能可知,制备PMN-PT陶瓷的最佳烧结温度范围为1240-1260℃。PT含量对PMN-PT陶瓷的烧结性能、相结构和电学性能产生了连续的影响。随着PT含量的增加,PMN-PT陶瓷从三方相结构、经过三方四方共存的准同型相界(MPB),逐渐向四方相结构转变,伴随着材料的电学性能从典型的弛豫铁电体向正常铁电体转变。PMN-PT的MPB位于x=0.3-0.34,MPB组成的陶瓷呈现增强的显微结构和优良的电学性能,尤其是优良的压电性能。1240℃烧结的0.66PMN-0.34PT陶瓷的d33值最大,达到715pC/N。1260℃烧结0.7PMN-0.3PT陶瓷的εmax(1kHz)最大,为39351。1270℃烧结的0.8PMN-0.2PT陶瓷的Pr值最大,为39.07μC/cm。 反应烧结法制备PMN-PT陶瓷的烧结温度较高,导致能耗较高、铅挥发较为严重,对材料的性能带来不利影响。本论文探索了烧结助剂对反应烧结法制备PMN-PT陶瓷的影响,系统地研究了WO3、SbO、SrCO、LiCO和CuO掺杂的0.8PMN-0.2PT陶瓷的相组成、微观结构、介电、铁电和压电性能。研究表明,1090-1150℃烧结的WO3、SbO、SrCO掺杂的0.8PMN-0.2PT陶瓷中都含有焦绿石相,烧成的陶瓷致密度低、电学性能差。CuO、LiCO的掺杂能在较低的烧结温度制备纯钙钛矿结构的0.8PMN-0.2PT陶瓷,1090-1120℃烧结的CuO、LiCO掺杂的0.8PMN-0.2PT陶瓷具有较高的致密度和良好的电学性能,达到了降低反应烧结法的烧结温度的预期效果。综合分析上述掺杂剂的掺杂效果发现,1090℃烧结的3mol% CuO掺杂的0.8PMN-0.2PT陶瓷具有最大的致密度和良好的综合电学性能,其致密度为92.51%,εmax(1kHz)为23612,Pr值为22.54μC/cm,d33值达到302pC/N。可见,掺杂CuO可将PMN-PT陶瓷的最佳烧结温度降到1090℃,表明CuO是合适的烧结助剂。