【摘 要】
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PZT压电陶瓷和PLZT光电功能陶瓷因性能优异、抗干扰能力强、成本低廉等特点被广泛应用于电子行业、军事国防和医学治疗等领域。虽然铅基铁电材料具备优良性能,但在制备过程中存在Pb O高温挥发的问题。因此,科研人员需要从根源入手迫切寻找一种烧结温度低、制备速度快的烧结方式,以解决铅基铁电材料氧化铅挥发的问题。放电等离子烧结(SPS)技术作为快速低温烧结的典型代表开始受到研究人员的广泛关注,研究发现其特
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PZT压电陶瓷和PLZT光电功能陶瓷因性能优异、抗干扰能力强、成本低廉等特点被广泛应用于电子行业、军事国防和医学治疗等领域。虽然铅基铁电材料具备优良性能,但在制备过程中存在Pb O高温挥发的问题。因此,科研人员需要从根源入手迫切寻找一种烧结温度低、制备速度快的烧结方式,以解决铅基铁电材料氧化铅挥发的问题。放电等离子烧结(SPS)技术作为快速低温烧结的典型代表开始受到研究人员的广泛关注,研究发现其特殊烧结机理和低温快速的烧结特点可以解决铅基铁电材料氧化铅挥发的问题。同时SPS技术在烧结过程中还可以提供单轴压力,这有助于提高材料的致密度,调控微观结构。但是现阶段利用SPS的烧结压力主要是提高材料的致密度,有关烧结压力与材料结构、性能之间的关系需进一步研究。本次实验采用SPS烧结法在不同压力(10 MPa、20 MPa、30 MPa、40 MPa)下制备处于准同型相界(MPB)附近的PZT压电陶瓷和PLZT光电功能陶瓷,研究SPS的烧结压力对材料结构和性能的影响。通过Rietveld精修结果发现改变烧结压力使样品的晶体结构发生畸变,采用XPS研究了Pb、La、Zr、Ti元素在PZT/PLZT陶瓷中存在的化学状态,利用Raman光谱研究材料中化学键的变化。晶体结构变化的规律与性能变化规律一致,所以我们对压力、结构和性能的关系作出以下总结:1.与固相烧结(CS)制备的PZT/PLZT陶瓷相比,SPS烧结快速低温的烧结特点能够减少氧化铅的挥发,确保化学计量比的准确性,并且能抑制晶粒地生长,有利于提升材料的力学性能和电学性能。2.在PZT陶瓷的制备过程中SPS的烧结压力不仅可以提升材料的致密度,而且改变压力可以改变钛的化学价态,促进菱面体向四方相的转变。在PLZT陶瓷的制备过程中,压力通过影响掺杂元素的含量而导致晶格畸变,进而影响PLZT陶瓷的性能。3.采用SPS烧结,并控制烧结压力为30MPa时,得到的PZT压电陶瓷和PLZT光电功能陶瓷性能最优异。此时PZT陶瓷自发极化为Ps=75.265μC/cm~2,压电常数d33=136.9 p C/N。PLZT陶瓷其剩余极化达到Pr=70.763μC/cm~2,是固相烧结样品剩余极化的1.6倍,并且具备强度最高的光致发光性能。
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