KNN基無鉛壓電陶瓷的制備與性能研究.pdf

1、壓電陶瓷被廣泛的應(yīng)于超聲馬達(dá)、傳感器、換能器等各種裝置中?，F(xiàn)在市場上普遍應(yīng)用的壓電陶瓷材料均為含鉛材料，比如鋯鈦酸鉛(Pb(Zr，Ti)O3(PZT))。但是由于含鉛量較大（≥60 wt%）,在陶瓷的制備和使用過程，乃至廢棄后的處理過程都會給環(huán)境和人體帶來不可逆轉(zhuǎn)的傷害。隨著人們對環(huán)境問題的不斷關(guān)注，關(guān)于限制有害物質(zhì)使用的一些法律條文開始頒布和實(shí)施，無鉛壓電陶瓷的發(fā)展也迫在眉睫。鈮酸鉀鈉（K，Na）NbO3（KNN）等堿金屬基壓電陶瓷由

2、于優(yōu)異的壓電性能和較高的居里溫度(Tc)使其得到了廣泛的關(guān)注。
　　本文通過使用Li，Sb，Ca(Bi,Na)ZrO3（CBNZ）等對鈮酸鉀鈉（（K，Na）NbO3（KNN））基陶瓷進(jìn)行摻雜改性，采用傳統(tǒng)固相燒結(jié)的制備方法制備出了(1-x)(K0.48,Na0.52)NbO3-xCa0.5(Bi0.5,Na0.5)0.5ZrO3,0.95(K0.48,Na0.52)0.95Li0.05SbxNb(1-x)O3-0.05Ca0.5(

3、Bi0.5,Na0.5)0.5ZrO3和0.97(K0.48,Na0.52)(1-x)Li0.05SbxNbO3-0.03Ca0.5(Bi0.5,Na0.5)0.5ZrO3三個體系的壓電陶瓷，對他們的相結(jié)構(gòu)，介電性能，壓電性能，顯微結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，研究了摻雜對陶瓷體系的影響。
　　首先研究了(1-x)(K0.48,Na0.52)NbO3-xCa0.5(Bi0.5,Na0.5)0.5ZrO3（KNN-xCBNZ，x=0.

4、01-0.07,0.09）中CBNZ含量對陶瓷體系的影響。研究結(jié)果表明，隨著CBNZ含量的增加，室溫下陶瓷體系從正交相（O phase）逐漸向三方相（R phase）移動，并在0.03≤x≤0.05時(shí)達(dá)到三方-正交（R-O）兩相共存態(tài)。當(dāng)x=0.045時(shí)陶瓷的性能達(dá)到最佳d33~209pC/N，Tc~310℃，?r=572，tanδ=0.028。
　　其次通過選定Ca0.5(Bi0.5,Na0.5)0.5ZrO3及Li的含量，探索

5、了Sb元素對0.95(K0.48,Na0.52)(1-x)Li0.05SbxNbO3-0.05Ca0.5(Bi0.5,Na0.5)0.5ZrO3（KNLSxN-CBNZ，x=0-0.07，0.10）體系的影響。室溫下獲得了三方（R phase）和四方（T phase）兩相共存的陶瓷，在x=0.06時(shí)，d33~252pC/N，Tc~253℃，?r=2200，tanδ=0.039，陶瓷性能達(dá)到最好，此時(shí)得到了高致密度的陶瓷ρ=4.86 g/

6、cm3。
　　最后探索了銻（Sb）元素?fù)诫s含量對0.97(K0.48,Na0.52)0.95Li0.05SbxNb(1-x)O3-0.03Ca0.5(Bi0.5,Na0.5)ZrO3（KNLSxN-CBNZ，x=0.01,0.03,0.05-0.08,0.10）相結(jié)構(gòu)，介電性能，壓電性能，陶瓷的致密度等性能的影響，通過對體系的摻雜我們在室溫下獲得了三方（R phase）和四方（T phase）兩相共存的陶瓷，在提升了陶瓷壓電性能的