鈮酸鉀鈉基壓電陶瓷的制備與性能研究.pdf

1、本文以KOH、NaOH、Nb2O5、Sb2O3、Ta2O5、ZnO、MgO為原料，采用水熱合成法制備陶瓷粉體，研究A位不同K/Na化學計量比、適量的ZnO和MgO作為燒結(jié)助劑對鈮酸鉀鈉基壓電陶瓷材料結(jié)構(gòu)與性能的影響規(guī)律。采用XRD、SEM分析鈮酸鈉鉀基壓電陶瓷的礦物組成以及其顯微結(jié)構(gòu)；測試與分析其壓電常數(shù)、相對介電常數(shù)、介質(zhì)損耗變化規(guī)律確定最佳的制備條件。
　　采用水熱合成法于200°C，反應(yīng)24h制備了Sb元素摻雜的鈮酸鉀鈉基陶

2、瓷粉體，經(jīng)過造粒、壓片、燒結(jié)，得到相應(yīng)的陶瓷。Sb元素的取代量為0.05時，具有單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，晶粒形貌良好，顆粒為四方塊狀，晶粒尺寸在3-4μm之間。陶瓷壓電常數(shù)隨著 K加入量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在 K/Na=0.46/0.54處，即K0.46Na0.54Nb0.95Sb0.05O3的陶瓷具有較高的壓電常數(shù)。通過對 K0.46Na0.54Nb0.95Sb0.05O3陶瓷水熱法合成粉體的反應(yīng)條件優(yōu)化及燒結(jié)制度的改進，確定了水

3、熱反應(yīng)溫度為200°C，反應(yīng)時間24h，燒結(jié)溫度為1060°C，保溫時間2h時，其性能最佳，壓電常數(shù)、密度和線性收縮率分別為，d33=73 pC/N、ρ=4.55 g/cm3、D％=0.48。
　　在K0.46Na0.54Nb0.95Sb0.05O3陶瓷中，研究了助燒劑ZnO和MgO的影響規(guī)律，通過正交試驗與分析，得到ZnO加入量10 mol%，MgO加入量5 mol%，燒結(jié)溫度1000°C，保溫時間2h條件下，性能最佳，其d33

4、=93 pC/N，εr=354.02，tanδ=0.016，ρ=4.12 g/cm3， D%=2.60。晶相仍為單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸在2-3μm之間。
　　采用水熱合成法于溫度200°C，反應(yīng)時間24h時制備了Ta元素摻雜的鈮酸鉀鈉基陶瓷粉體，經(jīng)過造粒、壓片、1040°C燒結(jié)、保溫2h，得到陶瓷試樣，經(jīng)X射線衍射分析，具有單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，且隨著Ta元素加入量的增加，結(jié)構(gòu)由正交相向四方相轉(zhuǎn)變，在K0.5Na0.5Nb0.8T

5、a0.2O3組分下為兩相共存狀態(tài)。調(diào)節(jié)A位上K/Na的化學計量比，得到 K/Na=0.54/0.46，即 K0.54Na0.46Nb0.8Ta0.2O3組分的陶瓷，具有較高的壓電常數(shù)。陶瓷最佳制備條件為水熱合成溫度200°C，反應(yīng)時間24h；最佳燒結(jié)溫度1060°C，保溫時間1h。
　　通過正交試驗研究了燒結(jié)助劑氧化物對陶瓷的壓電常數(shù)和介電性能的影響規(guī)律，得到K0.54Na0.46Nb0.8Ta0.2O3陶瓷中ZnO加入量為6 m