鈮酸鈉鉀基無鉛壓電陶瓷的摻雜改性研究.pdf

1、本項(xiàng)目受國家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號：50735002）及江蘇省高技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：BG2006005）資助。
　　 壓電陶瓷作為一種機(jī)械能和電能相互耦合的材料，近幾十年來廣泛應(yīng)用于家用電器、工業(yè)產(chǎn)品、航空航天等領(lǐng)域。當(dāng)前，生產(chǎn)和生活中使用的壓電材料主要以鋯鈦酸鉛基壓電陶瓷為主。但這一體系材料在制備過程中會產(chǎn)生嚴(yán)重的鉛污染，而且相關(guān)器件報(bào)廢后的處理過程中也會對環(huán)境帶來不可恢復(fù)的危害。研究開發(fā)環(huán)境友好型無鉛壓電材料成為迫在

2、眉睫的任務(wù)。鈮酸鈉鉀基無鉛壓電陶瓷是目前研究較為廣泛的無鉛壓電材料之一。與鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷相比，鈮酸鈉鉀基無鉛壓電陶瓷具有較高的居里點(diǎn)，但也存在介電常數(shù)和壓電性能較低，燒結(jié)困難等不足。針對這些問題，本論文以鈮酸鈉鉀基無鉛壓電陶瓷為研究對象，從成分設(shè)計(jì)、燒結(jié)工藝、摻雜改性等方面對材料的顯微結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響進(jìn)行系統(tǒng)的研究。
　　 采用普通固相法制備0.96(K0.5Na0.5)NbO3-0.04LiTaO3壓電陶瓷，研究了Mg

3、O的不同摻雜量對其燒結(jié)溫度的影響。結(jié)果表明：摻入MgO能夠使材料在較低的溫度下完成致密化過程，并獲得綜合性能優(yōu)異的壓電陶瓷材料。當(dāng)MgO含量為0.25 mass%時(shí)，材料的燒結(jié)溫度可降低到1060 °C，綜合性能為d33=128 pC/N，kp=33.4%，Qm=149，εr=611，tan δ=2.84%。
　　 為進(jìn)一步優(yōu)化[(K0.48Na0.535)0.94Li0.06]NbO3的壓電性能，對其摻雜Yb2O3進(jìn)行改性。研

4、究得出：稀土金屬Yb3+的摻入能夠大幅度提高材料的燒結(jié)密度，改善材料的性能。但摻雜量過多時(shí)材料晶粒細(xì)化，性能反而下降。Yb2O3含量為1 mass%時(shí)，獲得綜合性能較好的壓電陶瓷：ρ=4.5484 g/cm3，d33=156 pC/N，kp=37.69%，εr=1051，tan δ=3.8%。
　　 以改善材料居里溫度和O-T轉(zhuǎn)變溫度為目標(biāo)，研究堿金屬族元素Li+、Rb+和Cs+的引入對(K0.5Na0.5)Nb0.8Ta0.2