鈮酸鹽無鉛壓電陶瓷燒結(jié)特性及壓電性能研究.pdf

1、本論文采用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、差式量熱分析(DSC)、透射電鏡(TEM)、拉曼光譜分析等實驗手段系統(tǒng)地研究了(K,Na)NbO3基無鉛壓電陶瓷的成分、制備工藝、組織結(jié)構(gòu)和性能等之間的關(guān)系。
　　首先計算了不同成分KxNa1-xNbO3固溶體的價電子結(jié)構(gòu)，并研究了價電子結(jié)構(gòu)與壓電性能的關(guān)系。計算結(jié)果指出:當(dāng)x在0.4和0.5之間變化時，壓電常數(shù)幾乎不變。壓電常數(shù)在所謂的準(zhǔn)同型相界附近沒有出現(xiàn)顯著的增加。實驗結(jié)果

2、和計算結(jié)果也符合的相當(dāng)好。與典型的準(zhǔn)同型相界不同，該體系的準(zhǔn)同型相界并未使壓電和介電性能顯著提高。這意味著傳統(tǒng)準(zhǔn)同型相界在鈮酸鉀鈉體系中是不存在的。
　　研究了ZnO、CuO和K5.70Li4.07Nb10.23O30作為燒結(jié)助劑對陶瓷組織和性能的影響。研究表明，由于ZnO的摻雜，陶瓷的密度、壓電和介電性能得到顯著的提高。在K5.70Li4.07Nb10.23O30含量低于1mol％時，晶粒出現(xiàn)異常長大。適量的KLN可以減少缺陷的

3、數(shù)量，因此可以顯著地提高剩余極化強度以及降低矯頑場。陶瓷的燒結(jié)特性和壓電性能同時提高。CuO摻雜可以大大提高其機械品質(zhì)因數(shù)。當(dāng)添加量為1.5moL％時，獲得了具有最佳性能的壓電陶瓷。
　　通過添加Bi2O3和Li2CO3研究(K0.5Na0.5)NbO3壓電陶瓷的低溫?zé)Y(jié)技術(shù)。在900℃燒結(jié)5h可以制備壓電性能良好的陶瓷，其介電常數(shù)ε、壓電常數(shù)d33和機電耦合系數(shù)kp分別為877、92pC/N和0.27。綜合性能可以與高溫?zé)Y(jié)的(

4、K0.5Na0.5)NbO3壓電陶瓷相媲美。
　　研究了(K，Na)NbO3基固溶體的燒結(jié)過程和機理。研究表明，(K，Na)NbO3基固溶體在400-800℃范圍內(nèi)通過A2CO3(A:K、Na、Li)和B2O5(B: Nb、Ta、Sb)固相反應(yīng)生成。根據(jù)固相反應(yīng)機理，此過程由擴散機制控制。(K，Na)NbO3基陶瓷的燒結(jié)動力學(xué)為晶界擴散。
　　研究了燒結(jié)溫度對（K0.4425Na0.52Li0.0375）(Nb0.8925S

5、b0.07 Ta0.0375)O3壓電陶瓷的顯微組織相結(jié)構(gòu)的變化和電性能的影響。當(dāng)溫度低于1130℃時，材料為正交結(jié)構(gòu)，溫度繼續(xù)升高時，其結(jié)構(gòu)為四方相。由于處在類似準(zhǔn)同型相界的相界附近，在1120℃燒結(jié)無鉛壓電陶瓷的壓電性能最高。
　　對(K，Na)NbO3基無鉛壓電陶瓷兩步燒結(jié)進(jìn)行研究。實驗表明，在最佳的燒結(jié)條件下，陶瓷組織致密，晶粒尺寸為5μm，并且陶瓷具有良好的介電和壓電性能。此外，隨著溫度的變化，壓電陶瓷具有低的介電損耗。

6、
　　研究了Ta和Sb含量對(K0.4425Na0.52Li0.0375)(Nb0.9625-xSbxTa0.0375)O3壓電陶瓷的相結(jié)構(gòu)、顯微組織、介電、壓電及鐵電性能的影響。隨著Sb的量從5mol％逐漸增加到9mol％，所有試樣為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，并且晶粒尺寸逐漸增大。成分為(K0.4425Na0.52Li0.0375)(Nb0.8925Sb0.07Ta0.0375)O3陶瓷的壓電性能最優(yōu)。隨著Ta摻雜量的提高，壓電常數(shù)d33和平