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)在當今的人類活動中有著極其廣泛的應(yīng)用。一百多年以來，蒸汽壓縮技術(shù)作為主流制冷技術(shù)對推動人類文明發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用。但是，由于壓縮機工作時諸如摩擦、泄漏、有害傳熱等因素的存在，壓縮機實際工作效率難以達到卡諾循環(huán)效率的50％，并且壓縮機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，弱化臭氧層對紫外線的過濾作用，不僅會引起全球性的溫室效應(yīng)，還會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)保問題的日益突出，使蒸汽

2、壓縮技術(shù)面臨嚴峻挑戰(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，電導率和相變溫度可以通過變化組分或添

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而不被擊穿，同時厚膜器件具有工作電壓低、使用頻率范圍寬的優(yōu)點，能夠與半導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，再通過流延成型工藝制成生坯膜并在合適的條件下進行燒結(jié)制備陶瓷，如何減小流延過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重

4、點。在此過程中，通過X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)等分析表征手段來監(jiān)測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。隨后利用介溫測試裝置、鐵電測試系統(tǒng)對樣品進行了電性能測試，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)。本文最后通過制備PLZT11/70/30和P

5、LZT7/82/18鐵電陶瓷厚膜，并進行相關(guān)性能測試，進一步探索弛豫型鐵電體和反鐵電體的相變機制和電卡效應(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、保溫時間為變量設(shè)計了不同的燒結(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等測試手段，對不同方案的成品進行比較，結(jié)果表明進行冷等