LiTaO3及LiTaO3基压电陶瓷的制备与性能

1、哈尔滨工业大学工 学硕 L - 学位论文摘要压电陶瓷颗粒引入结构陶瓷所带来的影响与作用机制己有人做过深入研 究，但是对于其中压电陶瓷颗粒内出现了单晶中不可能形成的 9 0 “畴我们 非常感兴趣。为此本文通过材料制备工艺的优化，采用氮气保护热压烧结制 备出了A 1 2 0 3 / L i T a O 3 ( 简称 A L T ) 陶瓷复合材料，系统研究了其微观组织和力 学性能， 同时 对L i T a 0 3 颗粒内 的电 畴结构 进行了 观察， 深入探讨了A 1 2 0 3 P 对该复合陶瓷的电畴结构、类型和数量的影响。研究发现，1 3 0 0 C/ 2 5 MP a 氮气保护热压烧结制备的 A L T陶瓷复合材料 最为致密， 只有纯 L i T a 0 3 陶瓷的致密度较低， 仅为 9 1 . 5 %, A 1 2 0 3 P 分布均 匀.两者结合紧密，界面上有非常微盘的分解物.A L T陶瓷复合材料的抗 弯强 度、 断裂韧性、 弹性模量、 维氏 硬度等力 学性能 均随着 A 12 0 3 P 含量的 提高 而 增加， A 1 2 0 3 P 的 体 积分 数为4 0 % 时， 其

2、各项力 学 性能都是最高， 分别 达到2 6 0 . 5 M P a , 3 .3 3 M P a m “ 2 , 1 4 9 .O G P a , l l .O G P a aA L T陶瓷复 合材料 基体为穿晶断 裂， 而A 1 2 0 3 P 为 沿晶 断 裂。 L i T a 0 3 颗 粒的 断裂为非 平面型， 呈 现出明 显的断裂台 阶， 第二相 A 1 2 0 3 P 在基体中 均 弥散地分布于L i T a 0 3 颗粒的晶界上。T E M观察表明，A L T陶瓷复合材料中L i T a 0 3 颗粒内的电畴清晰可见。 L i T a 0 3 单晶中不可能形成的 9 0 0畴均出现在 L i T a 0 3 陶瓷及 A L T陶瓷复合 材料中。纯 L i T a 0 3 陶瓷中多数为曲流状 1 8 0 0畴，只有少f的 9 0 0畴结 构， 随 着A 1 2 0 3 P 含量的 增 加A L T陶瓷 复 合材 料中1 8 0 。电 畴 数量 逐渐 减 少，非 1 8 0 0电畴和 9 0 0畴结构明显增多，且对于某些板条状 9 0 ,畴壁， 还观察到了a一 型边界条纹衬

3、度，该种电畴被电子束照射时间延长，电畴结 构渐渐消失。关 键词 L iT a 0 3 ; A 12 0 3 P : 组织结 构:电 畴: 力 学 性能哈尔滨工业人学丁学硕士 学位论文Abs t r a c tT h e m e c h a n i s m s a n d e f f e c t o f a d d i n g p i e z o e l e c t r i c p a r t i c l e s t o t h e s t r u c t u r a l c e r a mi c s h a v e b e e n w e l l s t u d i e d b y m a n y r e s e a r c h e r s . B u t t h e m a i n i n t e r e s t w e c o n c e n t r a t e d o n i s t o i m p l o r e w h e t h e r t h e 9 0 0 d o m a i n c a n f o r m i n t h e i n L i T a 0 3 s i n

4、 g l e c r y s t a l e x i s t i n g i n t h e p i e z o e l e c t r i c p a r t i c l e s . A f t e r o p t i m i z i n g f a b r i c a t i o n p r o c e s s e s o f c o m p o s it e , A 1 2 0 3 p / L i T a O 3 ( d e n o t e d a s A L T ) c e r a m i c c o m p o s i t e i s h o t p r e s s e d i n N 2 a t m o s p h e r e . T h e m i c r o s t r u c t u r e a n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e c o m p o s i t e a r e i n v e s t i g a t e d s y s t e m a t i c a l l y , a n d

5、t h e d o m a i n s t r u c t u r e s i n L i T a 0 3 g r a i n s , e ff e c t o f t h e A 1 2 几p o n d o m a i n s t r u c t u r e s a n d t h e t y p e s a n d q u a n t i t y o f c e r a m i c c o m p o s i t e a r e s t u d i e d .I t w a s f o u n d t h a t t h e r e l a t i v e d e n s i t y o f A L T c e r a m i c c o m p o s i t e h o t p r e s s e d a t 1 3 0 0 0C / 2 5 MP a i n N 2 a t m o s p h e r e i s t h e h i g h e s t , w h i l e t h a t o f t h e p u r e L i T a 0 3 c e r a m i

6、 c i s r e l a t i v e l o w ( o n l y 9 1 .5 % ) . I t i s f o u n d t h a t A 1 2 0 3 , d i s p e r s e h o m o g e n e o u s l y i n L i T a O 3 m a t r i x a n d b o n d t i g h t l y w i t h t h e m a t r i x a n d t h e r e i s a l i t t l e a m o u n t o f u n k n o w n s u b s t a n c e d e c o m p o s i n g a t t h e i n t e r f a c e . T h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e A L T c e r a m i c c o m p o s i t e , i .e . , t h e fl e x u r a l s t r e n g t h , fr a c t

7、 u r e t o u g h n e s s , e l a s t i c m o d u l u s a n d V i c k e r s h a r d n e s s , r e a c h t h e p e a k w h e n 4 0 v o l u m e p e r c e n t A 1 2 0 3 p o f t h e m a t r i x a r e a d d e d . T h e h i g h e s t v a l u e s r e a c h e d 2 6 .5 M P a , 3 .3 3 M P a m an ，1 4 .9 0 G P a a n d I L O G P a , r e s p e c t i v e l y ，f o r t h e c o m p o s i t e c o n t a i n i n g 4 0 v o l % A 1 2 0 3 p .T h e fr a c t u r e m o d e o f t h e L i T a 0 3 m a t r i x o f A L T c e r

8、 a m i c c o m p o s i t e b e l o n g s t o i n t r a g r a n u l a r t y p e , w h i l e t h a t o f A 12 0 3 p i s i n t e r g r a n u l a r . T h e f r a c t u r e b e h a v i o r o f L i T a 0 3 g r a i n s i s n o n - p l a n a r t y p e , w i t h m u l t i - s t e p s f o r m i n g o b v i o u s l y o n t h e fr a c t u r e p l a n e s a n d t h e s e c o n d p a r t i c l e s A 1 2 0 3 p d i s p e r s i n g a t t h e i n t e r f a c e s o f t h e L I T a 0 3 g r a i n s .T E M o b s e r

9、v a t i o n r e v e a l s t h e p r e s e n c e o f d o m a i n s t r u c t u r e s i n L i T a O 3 g r a i n s o f A L T c e r a m i c c o m p o s i t e . 9 0 0 d o m a i n s t r u c t u r e s a r e b o t h f o u n d i n L i T a 0 3 c e r a mi c a n d AL T c e r a mi ca r e u n d e t e c t e d i n L i T a 0 3 s i n g l e c r y s t a l . T h ea c c o m p a n y i n gma j o r i t y o fc o m p o s i t e , w h i l ed o ma i n i s 1 8 0s o me 9 0 0 d o ma i n i n t h e 1 8 0 d o m a i n g r a d u a l l y d e c r e a s e s w h i l ep u ret hats h a p e d o m a i n , T h e q u a n t i t y o f o f n o n - 1 8 0 0 d o ma i n a n d 9 0 0-1 1哈尔滨工业大学工学硕士学位论文d o ma i n s t r u c t u r e i n c r e s e s o b v i o u s l y i n A L T c e r a mi c c o m p o s i t e w i t h t h e i n c r e a s e o f A 1 2 0 3 p c o n t e n t . T o s o m e w a t t l e s h a p e d 9 0 0 d o ma i n , f r i n g e c o n t r a s t . T h a t k i n d o f d o m a i n s t r u c t u re s d i s a p p ew e a l s o o b s

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