Co3+取代和ZnO摻雜對(duì)KNN-LS-BF無(wú)鉛壓電陶瓷結(jié)構(gòu)與性能的影響.pdf

1、大量研究表明新組元、離子取代和助燒劑在改善KNN基無(wú)鉛壓電陶瓷的致密度和性能上發(fā)揮了重要作用。由于BiFeO3和BiCoO3能夠有效地改善KNN基陶瓷的壓電性能,因此結(jié)合離子取代原則,本文在 KNN-LS二元體系上添加新組元BiFe(1-x)CoxO3。另外,由于ZnO在降低陶瓷燒結(jié)溫度方面效果明顯,因此本文還添加ZnO作為燒結(jié)助劑以降低KNN-LS-BF陶瓷的燒結(jié)溫度。實(shí)驗(yàn)通過(guò)各種測(cè)試手段對(duì)上述陶瓷體系的相結(jié)構(gòu)、顯微組織與電性能之間的

2、關(guān)系進(jìn)行了綜合研究。主要內(nèi)容如下:
　　首先,系統(tǒng)研究了Co取代量和燒結(jié)溫度對(duì)KNN-LS-0.002BiFe(1-x)CoxO3無(wú)鉛壓電陶瓷的相結(jié)構(gòu)、顯微組織、壓電性和介電性等的影響。研究結(jié)果表明:隨著Co含量增加,陶瓷出現(xiàn)了兩相共存的現(xiàn)象,晶粒尺寸逐漸增大,陶瓷具有很好的鐵電性和溫度穩(wěn)定性;隨著燒結(jié)溫度升高,陶瓷的晶粒生長(zhǎng)和致密度得到改善;Co取代量為0.2,燒結(jié)溫度為1020℃的陶瓷樣品性能達(dá)到最佳,其主要性能參數(shù)為:d33

3、=282pC/N, kp=49％,Qm=33,εr=1396,tanδ=2.56%,Pr=20.9μC/cm2,Ec=1.56kV/mm。
　　其次,研究了BiFe0.8Co0.2O3作為第三組元對(duì)KNN-LS無(wú)鉛壓電陶瓷的相結(jié)構(gòu)、顯微組織、壓電性和介電性等的影響。研究結(jié)果表明:研究范圍內(nèi)陶瓷樣品均為ABO3型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu),隨著 BiFe0.8Co0.2O3摻雜量不斷增加,晶粒尺寸逐漸減小,居里溫度逐漸降低,陶瓷表現(xiàn)出彌散特性。剩

4、余極化強(qiáng)度和矯頑場(chǎng)強(qiáng)總體呈下降趨勢(shì)。1030℃下燒結(jié)時(shí),成分為KNN-LS-0.004BiFe0.8Co0.2O3陶瓷樣品的綜合性能最優(yōu),其主要性能參數(shù)為:d33=268pC/N, kp=52%,εr=1366, tanδ=2.11%, Pr=20.4μC/cm2, Ec=1.16kV/mm。
　　最后,系統(tǒng)研究了ZnO摻雜量和燒結(jié)溫度對(duì)KNN-LS-BF-xZnO無(wú)鉛壓電陶瓷的相結(jié)構(gòu)、顯微組織、壓電性和介電性等的影響。結(jié)果表明:

5、ZnO與KNN-LS-BF完全固溶,Zn2+進(jìn)入晶格首先取代B位的Nb5+離子,然后取代A位的Na+離子,晶格發(fā)生畸變,在x=2.5附近出現(xiàn)準(zhǔn)同型相界;ZnO使三方相-四方相的轉(zhuǎn)變溫度逐漸升高,降低了陶瓷的溫度穩(wěn)定性;隨著燒結(jié)溫度不斷升高,陶瓷樣品的晶粒細(xì)化;ZnO摻雜量為1.5%mol的KNN-LS-BF-xZnO陶瓷在1010℃下燒燒結(jié)時(shí)得到最佳綜合電學(xué)性能,其主要性能參數(shù)為:x=1.5時(shí),d33=294pC/N,kp=50%,Qm