鈮酸鉀鈉基無(wú)鉛壓電陶瓷的常壓燒結(jié)致密化.pdf

1、隨著社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施和人們環(huán)境意識(shí)的加強(qiáng),無(wú)鉛壓電陶瓷及其應(yīng)用已成為了當(dāng)前鐵電壓電材料及其應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。(Na0.5K0.5)NbO3(NKN)體系陶瓷是一種具有典型ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料。因?yàn)镹b、K、Na金屬對(duì)環(huán)境和人體來(lái)說(shuō)都是友好物質(zhì),而且這類(lèi)陶瓷為各向同性,通過(guò)改進(jìn)后,其性能大大優(yōu)于其它體系無(wú)鉛壓電陶瓷。NKN陶瓷因其良好的壓電性能而備受各界關(guān)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(yīng)法、

2、通過(guò)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(duì)NKN基陶瓷的相結(jié)構(gòu)、致密度和電學(xué)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(gòu)的陶瓷。綜合分析燒成的陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)、致密度及電學(xué)性能可知,制備N(xiāo)KN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(xué)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(dāng)?shù)臒Y(jié)助劑能促進(jìn)NKN基無(wú)鉛壓電陶瓷產(chǎn)生液相燒結(jié),還能抑制晶粒長(zhǎng)大,使氣孔充分排出,促進(jìn)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(duì)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(gòu)、介電、壓電、鐵電和機(jī)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(xué)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(gòu),摻雜后陶瓷的致密度略微降低。測(cè)試頻率范圍內(nèi),在TC和TO-T兩個(gè)相變溫度之間的溫度區(qū)域,陶瓷的介電常數(shù)

6、值波動(dòng)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(dá)到了190pC/N,1040℃燒結(jié)的摻雜1mol%CuO的陶瓷樣品的Qm值最大,達(dá)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(gòu),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