湿干法制备PZT压电陶瓷：性能与Nb5+掺杂研究

"PZT压电陶瓷制备工艺及性能研究" 这篇硕士学位论文详细探讨了PZT（铅锆钛酸盐）压电陶瓷的制备工艺及其性能。PZT是一种常见的压电材料，广泛应用于传感器、执行器和微电子机械系统（MEMS）等领域。作者王佳在哈尔滨理工大学进行了这项研究，导师为汤卉教授。 在研究中，王佳提出了一种新的制备PZT基固溶体粉料和陶瓷的方法——湿-干法。这种方法的独特之处在于，它首先通过湿法合成B位先驱体，即ZrxTil-x02单相氧化物固溶体，其x值范围在0.48-0.56，这超出了传统工艺合成的单相固溶体组成范围。接着，通过固相反应（干法），将该先驱体与氧化铅结合，生成PZT固溶体。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（ESCA）和粒径分析，研究了固相反应条件，如温度和时间，发现750℃预烧2小时可形成钙钛矿单相，粉料平均粒径约为113nm，并确定了准同型相界位于x=0.52~0.54。 接下来，论文着重研究了成型后陶瓷的烧结特性。通过调整烧结温度、成型压力和恒温时间等工艺参数，发现最佳的工艺条件为成型压力200MPa，烧结温度1200℃，恒温时间2小时，此时x=0.52的PZT陶瓷体积密度达到7.80g/cm³，同时表现出最优的电性能：机电耦合系数Kp=0.615，介电常数e33=1268，压电常数d33=328pC/N。 为了进一步提升PZT陶瓷的电性能并降低烧结温度，论文还研究了掺杂 Nb5+ 的效果。实验结果显示，当Nb5+的摩尔百分含量为0.02时，PZT陶瓷可以在1070℃的较低温度下烧结，而且烧结后的陶瓷介电和压电性能均有所提升，具体表现为e33=1397，Kp=0.647，d33=389pC/N。 关键词：湿-干法、PZT陶瓷、Nb离子改性 这篇论文深入研究了PZT压电陶瓷的合成工艺，揭示了新的湿-干法制备方法对材料性能的改善，以及掺杂 Nb5+ 对降低烧结温度和提升性能的潜力，为PZT陶瓷的优化制备提供了理论基础和技术参考。