高温压电晶体YXGd1-XCa4O(BO3)3的提拉法生长及其性能研究

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高温压电材料在航空航天、石油探测、汽车工业等领域有着广泛的应用。本论文围绕着高温压电晶体YxGd1-XCa4O(BO3)3(缩写为YxGd1-XCOB)晶体的提拉法生长及其性能的研究展开工作。利用提拉法生长YxGd1-XCOB晶体。并对晶体的介电性质、压电性质、热膨胀性能进行了研究,论文中介绍的主要工作和结果如下:  (1)利用固相法制备了提拉法生长晶体的原料,根据衍射图谱计算出YCa4O(BO3)3(缩写为YCOB)晶体的晶胞参数为a=8.07,b=16.01?,c=3.524及β=101.16o并与标准YCOB晶胞参数a=8.077,b=16.02?,c=3.534及β=101.19o比较。利用西安百瑞科技发展有限公司生产的PERI-400P型单晶炉,提拉生长了YxGd1-XCOB晶体。采用D8Advance型 x射线粉末衍射仪(Cu靶,λ=0.15406 nm),测试范围为2θ=0-70o,扫描速度为1o/min,测试了XRD粉末衍射,与YCOB晶体标准PDF卡比较,发现峰的位置和强度一致,说明生长的YxGd1-XCOB晶体的晶体结构与YCOB晶体的结构相同。计算得到Y0.145Gd0.855Ca4O(BO3)3(缩写为Y0.145Gd0.855COB)晶体的晶胞参数为a=8.088?,b=16.026?,c=3.548?及β=101.34o,与YCOB晶体的晶胞参数(a=8.077?,b=16.02?,c=3.534?及β=101.19o),GdCa4O(BO3)3(缩写为GdCOB)晶体的晶胞参数(a=8.104?,b=16.03?,c=3.558?及β=101.25o)相比较。分析了晶体中的缺陷类型,利用腐蚀法观察到了位错露头,利用同步辐射白光形貌术观察到了晶界。  (2)利用电桥法对Y0.145Gd0.855COB晶体的样品沿着x轴,y轴,z轴测量相对介电常数,电场频率为10 KHz,电压为1 V,温度范围为30℃-600℃,升温速率为5℃/min。研究了Y0.145Gd0.855COB晶体的介电常数随温度的变化。并且Y0.145Gd0.855COB晶体的各个相对压电常数都与YCOB晶体和GdCOB晶体相比较,Y0.145Gd0.855COB晶体介电常数比较大,介电损耗<0.1%,表现出良好的介电性能。同时测量了Y0.145Gd0.855COB晶体的介电损耗,在30℃时,测得Y0.145Gd0.855COB晶体的介电损耗分别为tanδ11=0.034%,tanδ22=0.046%,tanδ33=0.03%。Y0.145Gd0.855COB晶体介电损耗较小。  (3)对生长得到的Y0.145Gd0.855COB晶体进行加工,取出ZX切型的样品。对晶体的压电系数d26进行了测量,测量结果为d26=9 pC/N,介于YCOB晶体压电系数d26=7.86 pC/N和GdCOB晶体压电系数d26=11.5 pC/N之间。分析原因,主要有两个:Re离子半径和晶体中阳离子的分布和无序结构。  (4)ReCOB晶体具有四个独立的膨胀系数α11,α22,α33和α13,其中α13的数值相对较小。对Y0.145Gd0.855COB晶体的主膨胀系数α11,α22,α33进行了测量,计算得到α11=12.97 ppm/K,α22=5.94 ppm/K,α33=8.03 ppm/K,比较了Y0.145Gd0.855COB晶体、YCOB晶体和GdCOB晶体的主膨胀系数。Y0.145Gd0.855COB晶体的热膨胀系数具有更大的各向异性,在生长及其使用的过程中要注意温场的控制。
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