鈮酸鹽系無鉛壓電陶瓷電性能及溫度穩(wěn)定性的研究.pdf

1、壓電陶瓷作為一類重要的功能材料，在電子元器件向高精尖方向發(fā)展的今天，起著舉足輕重的作用。鈮酸鹽系壓電陶瓷居里溫度高、機電耦合性和鐵電性能好，是目前最有可能替代(Pb，Zr)TiO3(PZT)陶瓷的無鉛壓電陶瓷。但鈮酸鹽系壓電陶瓷難以燒結致密，且溫度穩(wěn)定性不好，導致其應用受到限制。
　　目前對于鈮酸鹽系壓電陶瓷的研究主要是通過摻雜對(Na，K)NbO3(KNN)陶瓷改性，其中研究最多、最行之有效的摻雜元素主要集中在Li、Sb、Ta三

2、種元素，它們或單獨摻雜或以LiNbO3和LiTaO3的形式復合摻雜。由于摻雜量和摻雜組合方式多種多樣，得到的結果沒有統(tǒng)一性、普遍性。本論文用固相法合成法制備了Li(Nb,Ta)O3(LN-LT)、(Na0.53K0.47)Nb1-xTaxO3(KNNTx)、(Na0.53K0.47)Nb1-xSbxO3(KNNSx)、(Na0.53K0.47)1-xLixNb0.8Ta0.2O3(KNNLT)以及(Na0.53K0.47)1-xLixN

3、b0.91Sb0.09O3(KNNLS)陶瓷粉體，成型后坯體在1080℃～1360℃之間燒結得到陶瓷樣品。系統(tǒng)研究了Sb、Ta較大量摻雜對KNN基陶瓷微觀結構和電性能的影響，并通過研究Li/Ta、Li/Sb比對KNN陶瓷微觀結構及電性能的影響，進一步分析摻雜比例、摻雜元素種類、原子尺寸大小、電負性對鈮酸鹽系壓電陶瓷微觀結構的影響。主要結論如下:
　　(1)摻入Ta能夠有效抑制LN-LT陶瓷中雜相的產生，但同時也明顯提高了陶瓷的燒結

4、溫度;LN-LT陶瓷具有典型的鐵電性能，溫度溫度TC超過600℃。摻入Ta明顯降低了LiNbO3的居里溫度，但繼續(xù)增加Ta含量對居里溫度的影響不大。LN-LT陶瓷的電滯回線為“梭子”形，剩余極化和矯頑場均相對較高;綜合分析LN-xLT陶瓷的介電性和鐵電性，其中x=0.5時，其居里溫度高、介電損耗低、剩余極化值高，綜合性能相對較好。
　　(2)摻入Ta、Sb均提高了KNN基陶瓷的最佳燒結溫度，但Ta摻雜產生的影響比Sb明顯，KNNT

5、x陶瓷的最佳燒結溫度區(qū)間(1160℃～1260℃)明顯較KNNSx陶瓷(1160℃～1200℃)寬;Sb在KNN中的固溶度(0.1mol％)小于Ta;另外，摻入Ta明顯降低了正交-四方相的轉變溫度TO-T和TC，TO-T和TC分別由214℃和400℃降低到110℃和145℃。而摻雜Sb后的KNNSx陶瓷的介電溫譜中只出現(xiàn)了一個介電峰，對應TC，由此推測TO-T可能已經降到了室溫以下;Ta摻雜量x=0.2～0.3時和Sb摻雜量x=0.1時

6、，KNN基陶瓷均出現(xiàn)了正交相向四方相的多相轉變，此時陶瓷綜合性能均最好，對應的壓電常數d33和機電耦合系數kp較高，分別為93～89pC/N，99pC/N和26.08～25.98％，19.87％，介電損耗tanδ較低，分別為2.51～2.61％和3.01％，居里溫度TC分別為226℃～239℃和159℃。
　　(3)對比分析Li/Sb、Li/Ta比對KNN基陶瓷的影響規(guī)律。KNNLT陶瓷沒有出現(xiàn)多相轉變的現(xiàn)象，Li/Ta=3/6時

7、，KNNLT陶瓷的綜合性能較好，d33=107pC/N，kp=38.8％，Qm=144，tanδ=2.42％。而KNNLS陶瓷在Li/Sb=3/9～7/9時出現(xiàn)了正交相向四方相的轉變，此時，d33＞100pC/N，kp和Qm達到最高，tanδ較低。另外，與KNNS陶瓷類似，KNNLT陶瓷樣品的介電溫譜中只出現(xiàn)了一個介電峰，對應TC，基本穩(wěn)定在235℃～255℃之間。KNNLS陶瓷的居里溫度TC隨Li/Sb比的增加先升高后降低，在Li/S