3-1型多孔锆钛酸铅陶瓷的制备及性能表征

【摘要】多孔锆钛酸铅(PZT)陶瓷是一种重要的压电复合材料,通过空气相的引入,克服了致密PZT陶瓷灵敏度低、声阻抗匹配性差等缺点,使得PZT陶瓷广泛应用于水声换能器领域。本文采用海藻酸钠凝胶法(白扩散法),制备出了内部具有高度定向微米级孔道的3-1型多孔PZT陶瓷,为多孔PZT陶瓷的制备提供了新的思路和方法。主要研究结果如下：本实验所制备的3-1型多孔PZT陶瓷具有优于其他制备方法的直通孔结构。最高气孔率为64.8%,为典型的蜂窝状压电陶瓷；最大静水压优值为8917×10-15Pa-1,是致密压电陶瓷的100多倍；最低声阻抗为1.95MRayls,十分接近水(1.5MRayls)和生物组织(1-2MRayls)的声阻抗值。研究表明,CaO含量对多孔PZT陶瓷的电学性能具有很大的影响。添加少量的CaO可以有效的提高多孔PZT陶瓷的维氏硬度,从而增强其机械性能。烧结温度的提高促进了晶粒长大和无压电活性空气相的减少,增大了多孔压电陶瓷的纵向压电系数d33,但是其相对介电常数εr的增大更为明显,因而烧结温度的提高不利于压电陶瓷电学性能的提高,确定1150℃为样品的最佳烧结温度。固含量和海藻酸钠含量的增大均提升了浆料的粘度,增大了Ca2+的渗透阻力,从而降低了交联反应速率。交联温度的升高则影响了海藻酸钠分子的物理性能,对交联反应起到了重要的影响。实验证明,当固含量为5-15wt%,海藻酸钠浓度为2wt%,渗透温度为20℃时最有利于交联反应的进行,此时形成的多孔PZT陶瓷,孔形貌最好。系统研究了各参数对多孔PZT陶瓷微观形貌和电学性能的影响,证明海藻酸钠凝胶法是制备多孔压电陶瓷的一种可行性新方法,由该方法制备的多孔PZT陶瓷具有3-1联通的孔结构和良好的静水压优值。
【作者】徐静；
【导师】杨金龙；
【作者基本信息】中北大学，材料学，2014，硕士
【关键词】多孔；PZT；3-1；海藻酸钠凝胶法；

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