【正文】 +ywt.%Nd2O3+wmol%CeO2壓電陶瓷體系，運(yùn)用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）等方法對(duì)其性能進(jìn)行表征。C范圍內(nèi)范圍內(nèi)，隨著燒結(jié)溫度升高，由于Pb揮發(fā)等原因，樣品出現(xiàn)孔洞，結(jié)構(gòu)疏松，致密度下降，從而導(dǎo)致壓電性能有所惡化。左老師運(yùn)用豐富的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)我的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了細(xì)致、耐心地指導(dǎo)，使我的工作得以順利進(jìn)行。最后，感謝培育我成才的母校，祝愿母校欣欣向榮，為國(guó)家輸送更多的優(yōu)秀人才。我還要感謝這幾年來教育和培養(yǎng)我的各位老師。C時(shí)，晶粒尺寸小、分布均勻且致密，并具有最佳的綜合性能：ε /ε0=97 Kp=、Qm=66d33=350pC/N. 滿足大功率壓電變壓器對(duì)材料性能的要求。（2）CeO2是一種軟、硬兩性兼有的添加物，%可提高陶瓷的壓電性能，此外，CeO2的加入還可抑制陶瓷晶粒的長(zhǎng)大，獲得細(xì)晶陶瓷，從而改善陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度。這是因?yàn)樾【Я５木Ы缍啵姰牱D(zhuǎn)阻力較大，因而d33較低。由圖可以看出，各組分的Qm表現(xiàn)出相似的變化：首先隨著溫度的升高而增大，當(dāng)溫度升高至1220℃或1240℃時(shí)，達(dá)到極大值，然后隨著溫度的繼續(xù)升高而下降。C范圍內(nèi)，Kp大致隨溫度的升高而降低，在1200176?？紤]到微觀結(jié)構(gòu)的影響，可以認(rèn)為介電常數(shù)主要由晶粒大小決定，同時(shí)受晶界和鉛揮發(fā)的影響。氧化鈰的加入使樣品明顯致密化，但晶粒也明顯長(zhǎng)大，可見，氧化鈰相對(duì)氧化鈮而言在其中占主導(dǎo)地位。隨鈮含量的增加，陶瓷樣品均為純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，且無第二相的存在。在大功率應(yīng)用中，要求高的Qm值，低的介質(zhì)損耗。本實(shí)驗(yàn)采用YE2730A型的d33測(cè)試儀測(cè)試壓電常數(shù)，壓電常數(shù)的單位為pC/N。在機(jī)械自由條件下得到的介電常數(shù)成為自由介電常數(shù)，記做T。掃描電鏡的工作原理是從電子槍陰極發(fā)出電子流，在陰陽極之間加速電壓的作用下，經(jīng)過聚光鏡的會(huì)聚作用，聚焦成直徑約為幾毫米的電子探電子束，在末級(jí)透鏡上部的掃描線圈的作用下，電子束在樣品表面作光柵狀掃描并且激發(fā)出多種電子信號(hào)，這些電子信號(hào)被相應(yīng)的檢測(cè)器檢測(cè)，經(jīng)過放大、轉(zhuǎn)換，變成電壓信號(hào)，最后被送到顯像管的柵極上并且調(diào)制顯現(xiàn)管的亮度，顯像管中的電子束在熒光屏上也做光柵狀掃描，并且這種掃描運(yùn)動(dòng)與樣品表面的電子束的掃描運(yùn)動(dòng)嚴(yán)格同步，這樣即獲得襯底與所接收信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的掃描電子像，這種圖像反映了樣品表面的形貌特征。體積密度ρ=ρ水m1/(m2m3) 其中ρ水為室溫下蒸餾水密度 X射線衍射分析（XRD）X射線晶體結(jié)構(gòu)分析是X射線測(cè)試應(yīng)用最廣泛的一種，它主要研究晶體中原子的排列方式和原子面之間的距離。C，4h）極化（120176。C四個(gè)溫度下燒結(jié)2h。C下預(yù)燒2h。而這些體系通常是在PZT的基礎(chǔ)上添加馳豫鐵電體，該類鐵電體具有高的介電常數(shù)，高機(jī)電耦合系數(shù)，但居里溫度都較低。（2）CeO2是一種軟、硬兩性兼有的添加物在煅燒和燒結(jié)過程中，Ce離子從四價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r(jià)，當(dāng)三價(jià)的Ce離子占據(jù)A位，產(chǎn)生鉛空位，疇的運(yùn)動(dòng)得到釋放，Kp和d33增加，Qm降低；當(dāng)三價(jià)的Ce離子占據(jù)B位，產(chǎn)生氧空位，抑制了疇的運(yùn)動(dòng)，使得Kp和d33降低，Qm增加；當(dāng)CeO2增加到一定量后，會(huì)在晶界溢出形成晶界層，導(dǎo)致Qm降低[20]，同時(shí)Kp和d33降低，原因可能是由于晶粒尺寸的減小[21]。但Qm低，添加適量的MnO2或NiO之后，可提高Qm達(dá)2000左右。（3）xPMNyPTzPZ材料一般用于濾波器振子，可適合做延遲線的壓電換能振子。把它們作為組元加入陶瓷體中會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相當(dāng)大的空間電荷，大量的空間電荷對(duì)疇壁運(yùn)動(dòng)將會(huì)產(chǎn)生很大的抑制作用，從而可顯著提高Qm。大多是在PZT基礎(chǔ)上增加一個(gè)或幾個(gè)復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的弛豫鐵電體[4]。在極化過程中，加電場(chǎng)初期主要是180o疇的反轉(zhuǎn)，因?yàn)槠湓诜崔D(zhuǎn)時(shí)不引起內(nèi)應(yīng)力，短時(shí)間即可實(shí)現(xiàn)；而90o疇的轉(zhuǎn)向伴隨著應(yīng)變和應(yīng)力的產(chǎn)生，阻力較大，所以進(jìn)行的較慢，故后期主要是90o疇的轉(zhuǎn)向。在燒結(jié)后期，坯體中閉氣孔的氣體壓力增大，抵消了表面張力的作用，此時(shí)，閉氣孔只能通過晶體內(nèi)部擴(kuò)散來填充，而體積擴(kuò)散比界面擴(kuò)散要慢的多，由于這些原因?qū)е铝撕笃谥旅芑睦щy。如在ZrO2中加入MgO、CaO后，可形成穩(wěn)定的固溶體，防止樣品開裂，同時(shí)引入了缺陷，促進(jìn)燒結(jié)。因此，可以通過降低物料的粒度來提高活性。因此，要在同一種材料中實(shí)現(xiàn)高機(jī)電耦合系數(shù)、高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)、低的介質(zhì)損耗是不容易的，現(xiàn)在的研究主要集中在PZT基四元體系陶瓷的研究，通過一種高機(jī)電耦合系數(shù)的三元體系與一種高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)的三元體系的組和，來設(shè)計(jì)最優(yōu)組分以達(dá)到應(yīng)用的需求。②電荷補(bǔ)償效應(yīng) 含鉛陶瓷在燒結(jié)時(shí)，由于PbO的飽和蒸汽壓高，因而PbO易揮發(fā)。 硬性添加物主要是低價(jià)離子取代高價(jià)離子，可以是A位也可以是B位。辨別最本質(zhì)的方法就是利用X射線結(jié)構(gòu)分析測(cè)定材料的晶胞參數(shù)，以及相關(guān)的性能測(cè)試來鑒別固溶體的類型，在無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)書本中涉及到了可以通過測(cè)定晶胞參數(shù)并計(jì)算出固溶體的密度，再對(duì)比實(shí)驗(yàn)精確測(cè)出的密度來判斷。大部分是通過加入與Pb2+或Zr4+或Ti4+離子半徑相近且等價(jià)的離子化合物，在進(jìn)行一次球磨時(shí)就與基體化合物一起混合，一起煅燒成相，從而得到固溶體材料。（2）晶體的結(jié)構(gòu)類型能形成連續(xù)固溶體的兩個(gè)組分必須具有相同的晶體結(jié)構(gòu)類型，但是有相同的晶體結(jié)構(gòu)類型不一定能形成連續(xù)的固溶體，還要受其它因素的影響。，可分為有限固溶體和連續(xù)固溶體。因此，只有經(jīng)過極化后，壓電陶瓷才能表現(xiàn)出壓電性。 電疇鐵電體的重要顯微特征是具有電疇結(jié)構(gòu)。除此之外，要得到穩(wěn)定的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的需要滿足容差因子公式rA+rO=t(rB+rO)，其中t為容差因子（）ABO3型：A：＋1,＋2,＋3Na＋，K＋，Ba2+，Pb2+ ,La3+B：＋5,＋4,＋3Nb5+,Ti4+，Zr4+，F(xiàn)e3+ 壓電陶瓷的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)晶體具有鐵電效應(yīng)的原因(以BT為例）：氧八面體空隙大，中心陽離子鈦離子半徑小，電價(jià)高，很容易與氧離子產(chǎn)生相互作用，當(dāng)鈦離子發(fā)生位移向某一氧離子靠攏時(shí)，氧離子的電子云變形，也向鈦離子靠近并產(chǎn)生強(qiáng)烈的電子位移極化，氧離子極化產(chǎn)生的電場(chǎng)會(huì)促使鈦離子進(jìn)一步位移。但是當(dāng)沿某一方向?qū)w施加機(jī)械力時(shí)，晶體就會(huì)發(fā)生由于形變而導(dǎo)致的正、負(fù)電荷重心不重合，也就是電矩發(fā)生了變化，從而引起晶體表面的荷電現(xiàn)象。具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適量的Nb、Nd和Ce摻雜均能使壓電陶瓷晶粒細(xì)化，得到均勻和致密的陶瓷體，并提高其性能。.%，%，燒結(jié)溫度為1200℃時(shí)，樣品具有較好的綜合性能：ε /ε0=97 Kp=、Qm=66d33=350pC/N，可以滿足大功率器件的要求。壓電效應(yīng)可分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。(b)是晶體受到壓縮時(shí)的荷電情況。這樣鈦氧離子相互作用產(chǎn)生的內(nèi)電場(chǎng)超過了鈦離子位移不大時(shí)產(chǎn)生的恢復(fù)力，因而鈦離子在新的位置上固定下來，使單位晶胞中正負(fù)電荷中心不重合，產(chǎn)生電偶極距，這種現(xiàn)象就是自發(fā)極化。每個(gè)晶粒內(nèi)可以劃分為若干個(gè)電疇，晶胞中自發(fā)極化電距的可能取向受到每個(gè)晶粒的晶軸的限制，因此，不同晶粒之間的電疇結(jié)構(gòu)相互關(guān)系甚少，而每個(gè)晶粒內(nèi)部的電疇結(jié)構(gòu)則傾向于使晶粒的自由能盡量的降低。 極化過程示意圖 固溶體定義：將外來組元引入晶體結(jié)構(gòu)，占據(jù)基質(zhì)晶體質(zhì)點(diǎn)位置或間隙位置的一部分，仍保持一個(gè)晶相。連續(xù)固溶體只能是置換固溶體，連續(xù)固溶體是指溶劑和溶質(zhì)可以按任意比例相互固溶。（3）離子電價(jià)的影響只有離子價(jià)相同或離子價(jià)總和相等時(shí)才能形成連續(xù)置換型固溶體。還有的在加入時(shí)以相同的晶體結(jié)構(gòu)，如它們都是ABO3型的。 摻雜改性PZT陶瓷的摻雜改性：為了滿足不同的使用目的，我們需要具有各種性能的PZT壓電陶瓷，為此我們可以添加不同的離子來取代A位的Pb2+離子或B位的Zr4+,Ti4+離子，從而改進(jìn)材料的性能。如 K+ 、Na+ 、Mg2+、Fe3+、Al3+等 , K+ 、Na+可以置換Pb2+ , Mg2+、Fe3+、Al3+等可以置換( Ti，Zr) 4+。PZT在燒結(jié)時(shí)，由于PbO揮發(fā)而形成 。如在PZT中加入W(軟)、Mn(硬)可使Kp提高 、 Qm提高軟硬兼優(yōu)；但是要防止其作用相互抵消，加Nb2O5(軟)、Al2O3(硬) 軟硬抵消 壓電陶瓷的制備工藝對(duì)材料性能的影響煅燒的主要目的是為了使化學(xué)反應(yīng)完全，合成純鈣鈦礦相，這是得到良好性能的前提。降低物料粒度的可以采用延長(zhǎng)球磨時(shí)間，也可以采用化學(xué)法制備的方法。⑤擴(kuò)大燒結(jié)范圍，如在PZT材料中加入La2O3和Nb2O5后，燒結(jié)范圍可擴(kuò)大80oC。熱壓可以提供額外的推動(dòng)力以補(bǔ)償被抵消了表面張力，使得燒結(jié)得以繼續(xù)和加速。電場(chǎng)愈強(qiáng)，溫度越高，則極化所需要的時(shí)間越短。 在PZT的基礎(chǔ)上除了加入適量的添加劑外，還有研究各個(gè)組份的變化對(duì)性能的影響，尋找最佳配比以及鋯鈦比[5]，燒結(jié)時(shí)間[6]，燒結(jié)氣氛[7]，晶粒尺寸[8]，MPB附近[9]，低燒（氧化鋅，氧化銅，碳酸鋰，氧化鉍，2CaO–Fe2O3），不同制備方法比較[10]，鉛含量變化影響[11]，第二相的影響[12]，煅燒溫度和燒結(jié)溫度[13]的影響等。 （1）xPMgNyPTzPZ具有高機(jī)電耦合系數(shù)、高介電常數(shù)、較大的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)和較好的穩(wěn)定性，用途廣泛，可做拾音器、微音器、濾波器、變壓器、超聲延遲線以及引爆用的火花塞等。該材料的特點(diǎn)是可獲得高的Qm值，時(shí)間穩(wěn)定性好，Kp值中等，介電常數(shù)較低。選擇適當(dāng)?shù)闹鞒煞峙浔?，可獲得較高的溫度穩(wěn)定性?？商岣咛沾傻膲弘娦阅?。Pb(Mn1/3Sb2/3)O3（PMS）是文獻(xiàn)報(bào)道最常用的提高功率特性的馳豫鐵電體組元，其特征是復(fù)合鈣鈦礦的B位由受主摻雜元素(Mn)和施主摻雜元素 (Sb，Nb)構(gòu)成，受主摻雜使機(jī)械品質(zhì)因數(shù)提高，同時(shí)施主摻雜提高機(jī)電耦合系數(shù)。取出后經(jīng)研磨，在相同條件下進(jìn)行二次球磨6h，將濕料在100176。將陶瓷圓片打磨拋光、清洗、烘干，在兩面涂覆銀漿，于550176。C，3kv/mm，10min）0燒滲銀極（550176。X射線衍射儀是利用衍射原理，精確測(cè)定物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，織構(gòu)及應(yīng)力，精確的進(jìn)行物相分析、定性分析、定量分析，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、科研、航空航天、材料生產(chǎn)等領(lǐng)域，它的實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)便，所用測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單，尤其是它的測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，使X射線衍射這種方法成為研究晶體材料的主要測(cè)試方法。掃描電鏡能夠直接觀察樣品表面的結(jié)構(gòu)，樣品的尺寸大??；樣品制備過程簡(jiǎn)單，不用切成薄片；景深大，圖像富有立體感。對(duì)于壓電陶瓷，未極化之前，陶瓷內(nèi)部不存在極化強(qiáng)度，是一個(gè)各向同向的多晶體，各方向的性質(zhì)是相同的。②機(jī)電耦合系數(shù)Kp機(jī)電耦合系數(shù)K是綜合反映壓電材料性能的參數(shù)，它表示壓電材料機(jī)械能與電能的耦合效應(yīng)，是生產(chǎn)上用的最多的一個(gè)參數(shù)，定義為：K2=逆壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換的機(jī)械能/輸入總電能或