鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的常壓燒結(jié)致密化.pdf

1、隨著社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施和人們環(huán)境意識的加強,無鉛壓電陶瓷及其應用已成為了當前鐵電壓電材料及其應用研究的熱點。(Na0.5K0.5)NbO3(NKN)體系陶瓷是一種具有典型ABO3型鈣鈦礦結(jié)構的材料。因為Nb、K、Na金屬對環(huán)境和人體來說都是友好物質(zhì),而且這類陶瓷為各向同性,通過改進后,其性能大大優(yōu)于其它體系無鉛壓電陶瓷。NKN陶瓷因其良好的壓電性能而備受各界關注,成為替代含鉛壓電材料的主要候選。
　　本文采用傳統(tǒng)固相反應法、

2、通過常壓燒結(jié)工藝制備了NKN陶瓷及摻雜第二組元的NKN基陶瓷,研究了第二組元和燒結(jié)溫度對NKN基陶瓷的相結(jié)構、致密度和電學性能的影響。X-ray衍射結(jié)果表明,摻雜不同第二組元的NKN陶瓷都可以在一定的燒結(jié)溫度區(qū)間制備出純鈣鈦礦結(jié)構的陶瓷。綜合分析燒成的陶瓷的顯微結(jié)構、致密度及電學性能可知,制備NKN基陶瓷的最佳燒結(jié)溫度范圍為1020-1080℃。添加適量的第二組元能夠增大NKN基陶瓷的致密度,改善NKN基陶瓷的電學性能。1040℃燒結(jié)的

3、0.94(Na0.5K0.5)NbO3-0.03LiSbO3-0.03LiTaO3(0.94NKN-0.03LS-0.03LT)陶瓷的致密度和d33值最大,分別為94.72％和228pC/N。1040℃燒結(jié)0.95(Na0.5K0.5)NbO3-0.05LiTaO3(0.95NKN-0.05LT)陶瓷的εmax(1kHz)最大,為7256。1040℃燒結(jié)的0.95(Na0.5K0.5)NbO3-0.05LiSbO3(0.95NKN-0.

4、05LS)陶瓷的Pr值最大,為24.33?C/cm2。1040℃燒結(jié)的0.95(Na0.5K0.5)NbO3-0.025LiSbO3-0.025LiTaO3(0.95NKN-0.025LS-0.025LT)陶瓷的Qm值最大,為62.3。
　　添加適當?shù)臒Y(jié)助劑能促進NKN基無鉛壓電陶瓷產(chǎn)生液相燒結(jié),還能抑制晶粒長大,使氣孔充分排出,促進晶粒的發(fā)育,提高陶瓷致密度。本文選擇最佳組成的NKN基陶瓷,探索了燒結(jié)助劑對NKN陶瓷的影響,系

5、統(tǒng)地研究了WO3、CuO、Fe2O3和ZnO摻雜的NKN基陶瓷的相結(jié)構、介電、壓電、鐵電和機電耦合性能。研究表明,少量的WO3和CuO摻雜的0.95NKN-0.05CT陶瓷的致密度和電學性能都得到了改善,CuO的摻雜效果優(yōu)于WO3。1040-1080℃燒結(jié)制備的CuO和Fe2O3摻雜的0.95NKN-0.05LS陶瓷均保持純鈣鈦礦結(jié)構,摻雜后陶瓷的致密度略微降低。測試頻率范圍內(nèi),在TC和TO-T兩個相變溫度之間的溫度區(qū)域,陶瓷的介電常數(shù)

6、值波動不大,具有較好的溫度穩(wěn)定性。1060℃燒成的1mol%Fe2O3摻雜的0.95NKN-0.05LS陶瓷的d33值最大,達到了190pC/N,1040℃燒結(jié)的摻雜1mol%CuO的陶瓷樣品的Qm值最大,達到了218。較低溫度燒結(jié)的CuO、Fe2O3和ZnO摻雜的0.94NKN-0.03LS-0.03LT陶瓷呈現(xiàn)純鈣鈦礦結(jié)構,隨著燒結(jié)溫度的升高陶瓷樣品中出現(xiàn)雜相。摻雜后陶瓷的致密度有所降低,εmax明顯降低,d33值略有下降。Fe2O