LiTaO3電疇結(jié)構(gòu)及其對Al2O3-LiTaO3復(fù)合陶瓷性能的影響.pdf

1、本文采用氮氣保護熱壓燒結(jié)制備出了純LiTaO3壓電陶瓷和Al2O3/LiTaO3(簡稱ALT)復(fù)合陶瓷，對LiTaO3晶粒內(nèi)的電疇結(jié)構(gòu)進行了觀察，深入探討了LiTaO3種類、第二相Al2O3含量和兩相晶粒尺寸對該LiTaO3晶粒的電疇結(jié)構(gòu)、類型和數(shù)量的影響，提出并驗證了該系復(fù)合陶瓷中非180o電疇形成機理并給出了電疇結(jié)構(gòu)的原子模型；同時系統(tǒng)研究了電疇結(jié)構(gòu)特征、Al2O3含量及脫碳與極化處理等對復(fù)合陶瓷的顯微組織、力學(xué)性能和電學(xué)性能的影響

2、規(guī)律。
　　TEM觀察確認LiTaO3單晶中只存在一種電疇結(jié)構(gòu)—180o電疇，而ALT系列復(fù)合陶瓷中都同時存在著180o電疇和非180o電疇兩種結(jié)構(gòu)類型，且隨第二相Al2O3顆粒含量的增多，ALT材料中非180o電疇結(jié)構(gòu)增多，180o電疇逐漸減少。LiTaO3晶粒內(nèi)的電疇結(jié)構(gòu)與原始粉末的晶粒尺寸無關(guān)。周圍Al2O3顆粒的強烈約束及材料制備冷卻過程中產(chǎn)生的應(yīng)力作用是使得ALT復(fù)合陶瓷中出現(xiàn)LiTaO3單晶中不可能形成的非180o電疇

3、結(jié)構(gòu)的原因。LiTaO3的晶體結(jié)構(gòu)決定其不能通過滑移的方式進行變形，因此產(chǎn)生了類似于孿生結(jié)構(gòu)的非對稱性電疇結(jié)構(gòu)。這種非180o電疇結(jié)構(gòu)屬于孿晶面為{1012}的孿晶結(jié)構(gòu)，根據(jù)孿晶結(jié)構(gòu)的原子模型，確認這種非180o電疇為67o電疇結(jié)構(gòu)。
　　1300oC/25MPa熱壓燒結(jié)制備的純LiTaO3陶瓷的燒結(jié)致密度很低，只有91.5％，熱壓壓力增至35MPa，陶瓷材料的致密度顯著提高，達到了97%。1300oC氮氣保護熱壓燒結(jié)制備的ALT

4、復(fù)合陶瓷(Al2O3體積百分含量分別為：5、10、15和20)致密度均在99.5%以上。ALT復(fù)合陶瓷Al2O3/LiTaO3界面結(jié)合很好，1300oC氮氣保護熱壓燒結(jié)ALT復(fù)合陶瓷的TEM形貌像可以看出，Al2O3在基體中均勻地分布，并處于LiTaO3基體的晶界上，兩相的晶界上有少量的晶間相Ta2O5存在。ALT復(fù)合陶瓷力學(xué)性能顯著改善，抗彎強度、斷裂韌性、彈性模量、維氏硬度均隨Al2O3含量的增加而增大，且變化趨勢幾乎完全一致，即少

5、量Al2O3對LiTaO3即可起到非常顯著的強韌化效果，如5ALT復(fù)合陶瓷的抗彎強度和斷裂韌性分別為純LiTaO3陶瓷的4.5和6.0倍。LiTaO3晶粒內(nèi)部電疇結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為臺階式形貌特征?；wLiTaO3晶粒為穿晶斷裂，裂紋遇到Al2O3晶粒呈現(xiàn)沿Al2O3/LiTaO3界面開裂特征。
　　ALT復(fù)合陶瓷的致密度和脫碳處理對材料的介電性能有較大的影響。在不同的頻率下(40Hz～106Hz)，隨著Al2O3含量的增加材料的介電常數(shù)和

6、介電損耗都增加，但是少量Al2O3(5vol%)既提高了材料的介電常數(shù)同時又降低其介電損耗。ALT復(fù)合陶瓷的居里溫度隨Al2O3含量(＜20vol%)提高先升高然后逐漸降低。ALT復(fù)合陶瓷隨頻率的升高介電常數(shù)的溫譜曲線呈現(xiàn)介電彌散現(xiàn)象。
　　在200oC、電場強度6000V/mm下極化處理5min后，純LiTaO3壓電陶瓷和ALT復(fù)合陶瓷的d33值都約為2×10-12C/N。極化溫度和場強對材料極化處理效果影響很大，在220oC、