压电陶瓷制备中分散剂的添加对陶瓷片性能一致性的影响

摘要

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能进行互相转化的功能材料，因为其特殊的功能性质，目前已广泛应用于电子、通讯、家用电器、航空航天等领域。随着压电陶瓷材料的应用推广及生产厂家竞争的日益激烈，对材料的性能提出了更高的要求，不仅需要其具有较高的压电常数d33、介电常数εr、机电耦合系数Kp、以及较低的介电损耗tanδ等电学性能，同时还需提升生产过程中的产品性能一致性，达到提升产品合格率、降低生产成本、减少原材料浪费的目的。研究发现：在大规模产品的生产过程中会出现化学组分分布不均匀的情况，这是导致产品性能偏差较大的最直接的原因。尤其是在生产环节两次球磨的过程中，因为成分的密度差别，导致浆料沉淀分层，并最终影响产品性能的一致性。因此，为了使陶瓷粉末在两次球磨过程中与浆料形成稳定的悬浮液，本课题研究了分散剂添加以及添加种类、比例与工艺对压电陶瓷产品性能和一致性的影响。
　　本文研究了三聚磷酸钠、聚甲基丙烯酸铵、柠檬酸铵、聚乙二醇等分散剂的种类与工艺对压电陶瓷浆料（BCZT/PSN-PNN-PZT/PZTS-SZTS压电陶瓷粉料和酒精/水溶剂）的分散作用。研究结果表明分散剂的添加能够对很多种类的压电陶瓷粉末在溶剂中的悬浮性起到良好的提升，并在部分实验中，能够提升压电陶瓷的电学性能。在针对目前应用最为广泛、压电性能最为突出的PSN-PNN-PZT压电陶瓷的分散研究中，发现在两次球磨过程中均添加3 wt.%的聚甲基丙烯酸铵分散剂，以无水乙醇为溶剂能够使浆料由于分散剂中聚合物分子的非溶性基团可以锚固在陶瓷粉末表面，而聚合物的可溶性基团充分伸展在介质中形成微胞状态，能够在陶瓷粉末周围形成一定厚度的位阻层，从而维持了浆料的分散性和悬浮稳定性，陶瓷粉料得到更好的分散，形成最为稳定的悬浮液。应用此工艺，压电陶瓷产品性能提升到：d33（μ）=605.12pC/N，εr=2396.55，tanδ=1.8595%，Kp=65.2%。电学性能参数更加集中分布于阈值以上，能够提升合格率、降低成本。

目录

第一章 绪论

1.1 压电陶瓷概述

1.2 陶瓷添加剂

1.3 概率密度函数

1.4 本文的研究目的及内容

第二章 实验过程

2.1 实验材料及设备介绍

2.2 分散剂实验

2.3 压电陶瓷的制备及测试

2.4 实验方案

第三章 分散剂的添加对多种配方的压电陶瓷电学性能的影响

3.1 分散剂的添加对PZTS-SZTS压电陶瓷电学性能的影响

3.2 分散剂的添加对PSN-PNN-PZT压电陶瓷电学性能的影响

3.3 分散剂的添加对BCZT压电陶瓷电学性能的影响

3.4 本章小结

第四章 对于基础配方PSN-PNN-PZT压电陶瓷的分散剂选择实验

4.1 分散剂选择实验

4.2 不同浓度聚甲基丙烯酸铵分散剂的沉降模拟实验

4.3 本章小结

第五章 不同工艺步骤添加分散剂对PSN-PNN-PZT压电陶瓷性能一致性的影响

5.1 粒度分析

5.2 XRD分析

5.3 SEM分析

5.4 电学性能一致性分析

5.5 本章小结

第六章 在一次球磨时添加分散剂对PSN-PNN-PZT压电陶瓷性能一致性的影响

6.1 粒度分析

6.2 XRD分析

6.3 SEM分析

6.4 电学性能一致性分析

6.5 本章小结

第七章 在二次球磨时添加分散剂对PSN-PNN-PZT压电陶瓷性能一致性的影响

7.1 粒度分析

7.2 XRD分析

7.3 SEM分析

7.4 电学性能一致性分析

7.5 本章小结

第八章 在两次球磨时均添加分散剂对PSN-PNN-PZT压电陶瓷性能一致性的影响

8.1 粒度分析

8.2 XRD分析

8.3 SEM分析

8.4 电学性能一致性分析

8.5 本章小结

第九章 结果与讨论

第十章 总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间科研成果

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