鈮酸鉀鈉基壓電陶瓷制備與摻雜改性研究.pdf

1、壓電陶瓷是一類極為重要的功能材料，其應(yīng)用已遍及人類日常生活及生產(chǎn)的各個(gè)角落。目前，全球在大量使用的壓電陶瓷材料仍是傳統(tǒng)的含鉛壓電陶瓷，其中鉛元素含量高達(dá)60﹪以上。由于鉛的易揮發(fā)性，在生產(chǎn)、制備、使用及廢棄處理中都會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染。隨著環(huán)保意識(shí)的日益深入，國際上正積極通過法律、法規(guī)、政府指令等形式對(duì)含鉛的電子產(chǎn)品加以禁止。作為無鉛材料的堿金屬鈮酸鹽備受壓電材料研究領(lǐng)域關(guān)注。本文選取鈮酸鉀鈉陶瓷體系，通過摻雜Sr、Ti、Ta、Cu元

2、素，采用傳統(tǒng)固相燒結(jié)方法制備了(1-x)(K<,0．5>Na<,0.5>)NbO<,3-x>SrTiO<,3>(KNN-STO)、(K<,0.5>Na<,0．5>)(Nb<,0.95>Ta<,0．05>)O<,3-x>Cu(NO<,3>)<,2>(KNNT-Cu)兩大體系壓電陶瓷，同時(shí)系統(tǒng)研究了這些摻雜離子對(duì)鈮酸鉀鈉陶瓷性能的影響規(guī)律。 采用傳統(tǒng)陶瓷制備方法制備出KNN-STO陶瓷，研究了SrTiO<,3>對(duì)KNN陶瓷材料晶體結(jié)

3、構(gòu)和介電性能的影響。SrTiO<,3>的加入極大改善了KNN壓電陶瓷的燒結(jié)性能，在常壓條件下得到的陶瓷的實(shí)際密度占理論密度的97﹪以上。隨著立方相SrTiO<,3>的加入，KNN基陶瓷的相結(jié)構(gòu)由正交相轉(zhuǎn)變?yōu)榧倭⒎较?，同時(shí)SrTiO<,3>的加入也使得KNN基壓電陶瓷的介電性能大大提高，介電損耗降低，頻率穩(wěn)定性增強(qiáng)，并表現(xiàn)出馳豫性鐵電體的特征。 為了較大提高KNN基壓電陶瓷機(jī)械品質(zhì)因數(shù)(<,m>)，同時(shí)保證機(jī)電耦合系數(shù)(κ<,p>

4、)，我們給KNNT體系陶瓷添加小于lmol．﹪的Cu元素。試驗(yàn)結(jié)果表明，摻雜一定量的Cu離子后，陶瓷的介電常數(shù)(ε)，平面振動(dòng)機(jī)電耦合系數(shù)(κ<,P>)，壓電常數(shù)(d<,33>)，和機(jī)械品質(zhì)因數(shù)(<,m>)分別為：320～450，0.21～0.41，70～110(DC/N)，105～979。通過研究該體系材料的介電溫譜，發(fā)現(xiàn)居里溫度(T<,e>)接近400℃，介電常數(shù)小于500，損耗小于1﹪。通過對(duì)比研究KNN、KNNT、KNNT-Cu