無鉛KNN-LS-BF+Me(Me=Cu、V)壓電陶瓷制備與性能研究.pdf

1、鈮酸鉀鈉(KNN)系被認(rèn)為是最有潛力替代鉛基陶瓷的無鉛壓電材料之一，其中(1-x)(0.95K0.5Na0.5NbO3-0.05LiSbO3)-xBiFeO3(簡寫為(1-x)(KNN-LS)-xBF)陶瓷表現(xiàn)較為突出。同時(shí)，已有研究表明CuO和V2O5能夠有效降低陶瓷材料的燒結(jié)溫度。本文用傳統(tǒng)工藝制備了CuO和V2O5摻雜(1-x)(KNN-LS)-xBF新型三元體系無鉛壓電陶瓷，研究其物相、組織結(jié)構(gòu)和綜合性能，獲得了最佳成分配比和工

2、藝條件。主要內(nèi)容如下：
　　在(1-x)(KNN-LS)-xBF+ymol％CuO陶瓷中，CuO在促進(jìn)了陶瓷晶粒生長，同時(shí)也使陶瓷的壓電常數(shù)d33略有下降，適量的CuO摻雜降低了樣品的介電損耗tgδ，提高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm。其原因?yàn)镃u2+進(jìn)行B位取代Nb5+時(shí)產(chǎn)生的氧空位會(huì)對(duì)電疇轉(zhuǎn)向產(chǎn)生“釘扎效應(yīng)”，使得極化時(shí)，電疇翻轉(zhuǎn)數(shù)目在其他條件相同的情況下減少，導(dǎo)致d33和kp的降低；并且增加疇壁運(yùn)動(dòng)的難度，使疇壁內(nèi)部運(yùn)動(dòng)減少，從而能夠減小

3、內(nèi)部損耗。同時(shí)，由于CuO熔點(diǎn)為1025℃，在1060℃時(shí)陶瓷體內(nèi)產(chǎn)生液相，促進(jìn)晶粒重排、接觸和晶界遷移，使氣體充分排出，使晶粒排列更加致密，故Qm得到了提高。在1060℃下，(1-x)(KNN-LS)-xBF+ymol%CuO陶瓷在x=0.004，y=0.3附近獲得最佳性能，其性能參數(shù)為：d33=216pC/N，kp=0.27，εr=1028.45，tgδ=2.143%，Qm=92.34。
　　在0.996(KNN-LS)-0.

4、004BF+ymol%V2O5陶瓷中，V2O5的摻雜降低了陶瓷樣品的燒結(jié)溫度，同時(shí)，V2 O5含量的增加也導(dǎo)致了晶粒的細(xì)化。V2 O5的摻雜雖然使得陶瓷樣品的壓電常數(shù)d33有所降低，但是介電損耗tgδ卻在y=0.3時(shí)得到了明顯改善并達(dá)到最低值tgδ=0.71%，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm則在y=0.45時(shí)得到明顯提高。當(dāng)y=0.3時(shí)，0.996(KNN-LS)-0.004BF+ymol%V2O5陶瓷在1060℃下獲得最佳綜合性能，其性能參數(shù)為：d

5、33=183pC/N，kp=0.25，εr=638.83，tgδ=0.7%，Qm=53.87。
　　燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間不會(huì)改變0.996(KNN-LS)-0.004BF+ymol%(CuO、V2O5)陶瓷的物相結(jié)構(gòu)。燒結(jié)溫度的升高有利于陶瓷晶體物相結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，但是過高的燒結(jié)溫度會(huì)使陶瓷晶粒向畸形化生長。摻CuO的陶瓷樣品在1060℃，保溫時(shí)間為4h時(shí)獲得最佳綜合性能。
　　0.996(KNN-LS)-0.004BF+ymol

6、%V2O5陶瓷樣品在不同的摻雜量下，最佳燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間也不同：⑴y=0.3時(shí)，1060℃下最佳保溫時(shí)間為4h，性能參數(shù)為：d33=183pC/N，kp=0.25，εr=638.83，tgδ=0.7%，Qm=53.87；⑵y=0.6時(shí)，1060℃下最佳保溫時(shí)間為6h，性能參數(shù)為：d33=176pC/N，kp=0.2，εr=479.04，tgδ=8.4%，Qm=54.13；⑶y=0.6，4h保溫時(shí)間下最佳燒結(jié)溫度為1080℃，性能參數(shù)為