摻鑭鋯鈦酸鉛鐵電厚膜陶瓷的電卡效應(yīng)研究.pdf

1、制冷技術(shù)在當(dāng)今的人類活動(dòng)中有著極其廣泛的應(yīng)用。一百多年以來(lái)，蒸汽壓縮技術(shù)作為主流制冷技術(shù)對(duì)推動(dòng)人類文明發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用。但是，由于壓縮機(jī)工作時(shí)諸如摩擦、泄漏、有害傳熱等因素的存在，壓縮機(jī)實(shí)際工作效率難以達(dá)到卡諾循環(huán)效率的50％，并且壓縮機(jī)所用的冷媒為氟利昂或氯氟烴，這些氣體易泄漏破壞臭氧層，弱化臭氧層對(duì)紫外線的過(guò)濾作用，不僅會(huì)引起全球性的溫室效應(yīng)，還會(huì)增加人類皮膚癌的發(fā)病幾率，威脅人類的公共健康。隨著能源、環(huán)保問(wèn)題的日益突出，使蒸汽

2、壓縮技術(shù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，亟需探索一種高效、環(huán)保的制冷技術(shù)。本論文以有望取代蒸汽壓縮制冷的鐵電材料電卡效應(yīng)制冷為研究對(duì)象，選取鐵電材料中較為典型的摻鑭鋯鈦酸鉛(PLZT)陶瓷，研究其陶瓷厚膜中的電卡效應(yīng)。
　　電卡效應(yīng)是指在極性電介質(zhì)材料中由于外電場(chǎng)的改變引起的極化狀態(tài)改變而產(chǎn)生的絕熱溫變和等溫熵變。在摻雜改性的PZT陶瓷中，鑭異價(jià)取代鉛獲得PLZT陶瓷，使得具有優(yōu)異的介電、壓電、熱釋電和電光性能，電導(dǎo)率和相變溫度可以通過(guò)變化組分或添

3、加雜質(zhì)的方式加以調(diào)整，是一種理想的電卡材料。采用厚膜工藝制備的鐵電電卡器件可以承受大的電場(chǎng)而不被擊穿，同時(shí)厚膜器件具有工作電壓低、使用頻率范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，能夠與半導(dǎo)體集成電路工藝相兼容，有望產(chǎn)生優(yōu)異的電卡效應(yīng)。
　　本文利用PbO、La2O3、 ZrO2和TiO2等氧化物在高溫下固相合成PLZT粉體，再通過(guò)流延成型工藝制成生坯膜并在合適的條件下進(jìn)行燒結(jié)制備陶瓷，如何減小流延過(guò)程中漿料的氣泡濃度以及制備厚度更小的坯膜是本文研究的一個(gè)重

4、點(diǎn)。在此過(guò)程中，通過(guò)X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)等分析表征手段來(lái)監(jiān)測(cè)樣品中相的組成演變、陶瓷致密度與晶粒大小的變化以及晶界結(jié)構(gòu)、晶界夾雜物等。隨后利用介溫測(cè)試裝置、鐵電測(cè)試系統(tǒng)對(duì)樣品進(jìn)行了電性能測(cè)試，得到了介電溫譜、介電損耗、電滯回線結(jié)果，并得到PLZT8/65/35的電卡效應(yīng)值，結(jié)果表明該材料有著優(yōu)良的電卡效應(yīng)(室溫293K下，△S=1.08J/(kg·K)，△T=0.96K)。本文最后通過(guò)制備PLZT11/70/30和P

5、LZT7/82/18鐵電陶瓷厚膜，并進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試，進(jìn)一步探索弛豫型鐵電體和反鐵電體的相變機(jī)制和電卡效應(yīng)，結(jié)果表明PLZT11/70/30在423K的溫度下△T=2.21K，而PLZT7/82/18在414K下△T=1.04K。
　　為了尋求最佳的燒結(jié)曲線，本文以冷等靜壓壓力、燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間為變量設(shè)計(jì)了不同的燒結(jié)方案，探索了提高PLZT厚膜陶瓷致密度的工藝參數(shù)。利用SEM等測(cè)試手段，對(duì)不同方案的成品進(jìn)行比較，結(jié)果表明進(jìn)行冷等