文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
水热法制备锆钛酸铅基压电陶瓷粉体的研究
姓名:朱仁强
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:朱孔军
2011-03
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
PZT基压电陶瓷材料已被广泛应用于传感器、驱动器、换能器等各个领域。因此,对高
性能PZT基压电陶瓷的研究具有重要的意义。而陶瓷粉体制备工艺又是其中重要的环节,本
研究尝试通过水热法合成高性能PZT和PLZT压电陶瓷粉体,主要研究工作和结果如下:
(1) 利用一步水热法可以成功合成单相,纯净,立方体形貌且平均颗粒尺寸在 1μm 的
PZT 陶瓷粉体,是品质非常良好的陶瓷烧结用原料粉体。碱度对最终 PZT 产物 A 位 Pb 离
子的固溶程度有着重要的影响。碱度越高,A 位缺失的 Pb 离子就越多。但这种缺失是可以
通过在原料中添加过量的 Pb 离子来补偿的,碱度越高,所需补偿的 Pb 离子就越多,所需
添加的 Pb 离子的过量程度也就越高。但在特定碱度下不是 Pb 离子可以无限过量的,过多
的 Pb 离子加入量会导致最终产物中出现第二相。实验证明,反应温度 200℃,反应时间 4 h,
碱度 2M,Pb 过量 80%的水热条件下所得粉体通过常压烧结工艺得到的 PZT 压电陶瓷具有
最优的压电性能。性能参数为:d33=225pC/N,kp=%,Qm=。
(2) 利用一步水热法合成 PLZT 粉体过程中,原料在反应溶液中混合的均匀程度会影响
到最终产物的物相。当原料在水热反应前达到分子或原子级均匀混合,将非常有利于 PLZT
晶相的生成。在反应溶液中加入适量的表面活性剂 CTAB,能够抑制针状 La(OH)3 杂相的出
现。在反应温度为 200 ℃,反应时间为 8 h 的水热条件下,当 CTAB 的添加量为 mol/L
时可以得到单相 PLZT 陶瓷粉体。
(3)利用共沉淀法辅助水热合成 PLZT 粉体的试验中,在反应温度为 200ºC,反应时间为
24h,矿化剂 KOH 浓度为 5M 的水热反应条件下,能够合成 PLZT 纳米球壳结构,球壳直径
大概在 4nm 左右。矿化剂 KOH 的浓度对最终 PLZT 产物的形貌和成分有重要的影响。当矿
化剂浓度过高达到 7M 时,水热条件下无定形前驱体在溶液中的溶解度很高,从而发生快速
形核,形成了大量 PLZT 晶核。相反,当矿化剂浓度较低为 2M 时,无定形固态颗粒转变形
成颗粒状的 PLZT 纳米颗粒;当矿化剂浓度达到合适的 5M 时,得到了 PLZT 球壳结构。此
外,KOH 浓度对最终 PLZT 产物中 La, Zr 和 Ti 元素影响较小,对 Pb 离子影响较大,因为
不同 KOH 浓度下会在 PLZT 中产生 A 位 Pb 空位。
感谢国家自然科学基金(No. 50872053)、“新世纪优秀人才支持计划”(NCET-10-0070)、
教育部重点科学与技术培育基金项目(No. 707031)的资助。

关键词:PZT 基压电陶瓷,PZT,PLZT,Pb 过量,共沉淀结合水热法,压电性能

I
水热法制备锆钛酸铅基压电陶瓷粉体的研究
Abstract
PZT-based piezoceramics are widely used in ponents including sensors, actuators
and transducers. Therefore, the research of PZT-based piezoceramics with high performance has
great significance. At the same time, the preperation process of powders is the important link. In
this research, we tried to synthesize PZT and PLZT powders with high performance using
hydrothermal method, and the major subject research and results are given as following:
(1). We essfully synthesized PZT powders with single-phase, clean, cubic morphology
and average size of 1μm using hydrothermal methods, and the