鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的低溫?zé)Y(jié)及結(jié)構(gòu)、性能研究.pdf

1、大量研究表明,離子取代和添加助燒劑能夠改善0.5Na0.5NbO3(KNN)基無鉛壓電陶瓷的致密度和壓電性能。本文采用傳統(tǒng)固相燒結(jié)工藝分別制備了AlFeO3(AF)摻雜KNN陶瓷和AF、LiSbO3(LS)共同摻雜KNN陶瓷,并對陶瓷樣品的成分、結(jié)構(gòu)、相變、燒結(jié)工藝與壓電介電性能之間的關(guān)系進(jìn)行了綜合研究。另外,據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道CuO和MnO2在降低陶瓷燒結(jié)溫度方面也具有明顯的效果,因此,本文還研究了添加CuO和MnO2作為助燒劑以降低KNN-

2、AF-LS陶瓷的燒結(jié)溫度。本實(shí)驗(yàn)主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新之處如下:
　　系統(tǒng)研究了(1-x)KNN-xAF瓷的成分、相結(jié)構(gòu)、微觀形貌,壓電性能、介電性能和鐵電性能的關(guān)系,研究結(jié)果表明:AlFeO3(AF)的引入使KNN陶瓷的燒結(jié)溫度從1150℃降到了1000℃。陶瓷樣品的綜合電性能在x=3mol％時達(dá)到最優(yōu):d33=116 pC/N, k p=32.9%,Q m=114.8,tanδ=3.37%, T C=382℃, P r=21.8μ

3、C/cm2。陶
　　系統(tǒng)研究AF摻雜KNN-0.05LS陶瓷的成分、相結(jié)構(gòu)、微觀形貌,壓電性能、介電性能和鐵電性能的關(guān)系,研究結(jié)果表明:AF的摻雜對0.95KNN-0.05LS陶瓷的相結(jié)構(gòu)和顯微組織影響不是很大,總體上隨著AF摻雜量的增加,相結(jié)構(gòu)基本不變,陶瓷晶粒增長緩慢。但是AF摻雜使KNN-LS陶瓷樣品燒結(jié)溫度從1080℃降到1010℃,陶瓷樣品的綜合電性能在燒結(jié)溫度1010℃和x=0.4mol%時達(dá)到最優(yōu):d33=280pC

4、/N,kp=56.5%,Q m=31.69,tanδ=2.08%,T c=334℃。
　　系統(tǒng)研究(0.996-x)KNN-0.004AF-xLS陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)與壓電性能和燒結(jié)特性的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn):(0.996-x)KNN-0.004AF-xLS陶瓷的組成均是ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。LS的摻雜對KNN-0.004AF陶瓷的相結(jié)構(gòu)和組織形貌有一定的影響,在0.02≤x≤0.04范圍內(nèi)樣品存在MPB,晶粒隨著LS量的增加而增大。陶瓷樣

5、品的綜合電性能在燒結(jié)溫度1020℃和x=5mol%時達(dá)到了最優(yōu)值:d33=272pC/N, k p=44.8%, Q m=30.82, tanδ=3.43%,εr=1565.41,T c=336℃,ρ=4.48 g/cm3。
　　系統(tǒng)研究當(dāng)AF量增加時LS的摻雜對KNN-AF陶瓷的的成分、相結(jié)構(gòu)、微觀形貌,壓電性能、介電性能和鐵電性能的關(guān)系。研究表明,當(dāng)AF量增加時,陶瓷的燒結(jié)溫度再降低,最低達(dá)到了970℃,同時能夠使其介電損耗降

6、低,降低到tanδ=1.86%,居里溫度和機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm也提高了,而壓電常數(shù)d33和機(jī)電耦合系數(shù)kp略有降低。
　　系統(tǒng)研究CuO和MnO2摻雜量對KNN-0.01AF-0.06LS無鉛壓電陶瓷的相結(jié)構(gòu)、組織形貌及性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),CuO和MnO2的摻雜都能使燒結(jié)溫度降低,最佳的燒結(jié)溫度分別為:920℃和940℃;CuO的摻雜還使介電損耗得到進(jìn)一步降低,達(dá)到了tanδ=1.05%(1kHz);機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q m也都提高了,其