水熱合成鈮酸鹽粉體及摻雜改性壓電陶瓷性能的研究.pdf

1、壓電、鐵電陶瓷材料廣泛應(yīng)用在換能器、驅(qū)動器、濾波器、諧振器等頻率元件領(lǐng)域，是一種重要的功能材料。壓電陶瓷的研究起源于BaTiO3(BT)陶瓷，目前應(yīng)用最為普遍的是Pb(Zr1-xTix)O3體系陶瓷。由于Pb的毒性以及在鉛基壓電陶瓷生產(chǎn)和處理的過程對環(huán)境造成的污染，從環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，壓電陶瓷的無鉛化是壓電陶瓷材料的發(fā)展方向。鈮酸鉀鈉體系無鉛壓電陶瓷有著較高的壓電性能和居里溫度，被視為是最有希望取代鉛基壓電陶瓷的候選材料，

2、受到了研究者的廣泛關(guān)注。
　　 本課題采用水熱法合成了鈮酸鉀（KNbO3）、鈮酸鈉(NaNbO3)、鉭酸鈉(NaTaO3)和銻酸鋰(LiSbO3)粉體。結(jié)合傳統(tǒng)固相燒結(jié)工藝制備了K0.5Na0.5(Nb1-xTax)O3(x=0.00,0.02，…，0.10)、(1-x)K0.5Na0.5NbO3-xBiFeO3(x=0.00,0.002，…，0.012)和(1-x)K0.5Na0.5NbO3-xLiSbO3(x=0.00,0.

3、01，…，0.09)陶瓷，研究了水熱合成工藝條件對粉體的物相結(jié)構(gòu)及NaTaO3、BiFeO3和LiSbO3摻雜對于KNN體系陶瓷的相結(jié)構(gòu)、微觀形貌及壓電介電性能的影響。
　　 以KOH、NaOH、LiOH、Li2CO3、Nb2O5、Ta2O5和口Sb2O5為原料，采用水熱法制備了KNbO3、NaNbO3、NaTaO3和LiSbO3粉體。研究了水熱反應(yīng)參數(shù)對于粉體物相結(jié)構(gòu)的影響。實驗結(jié)果表明KNbO3的水熱合成條件為:前驅(qū)液濃度K

4、OH∶Nb2O5=13∶0.5，保溫溫度230℃，保溫時間24h。NaNbO3的水熱合成條件為:前驅(qū)液濃度NaOH∶Nb2O5=6∶0.5，保溫溫度230℃，保溫時間24h。NaTaO3水熱合成條件為:前驅(qū)液濃度NaOH∶Ta2O5=1.5∶0.05，保溫溫度230℃，保溫時間24h。LiSbO3的水熱合成條件為:前驅(qū)液濃度Li2CO3∶Sb2O5=0.2∶0.1，外加礦化劑LiOH0.7mol/L，保溫溫度240℃，保溫時間36h。以

5、上所有水熱反應(yīng)的填充比均為70％。
　　 以水熱合成的KNbO3、NaNbO3、NaTaO3粉體為原料，通過傳統(tǒng)固相燒結(jié)工藝制備了K0.5Na0.5(Nb1-xTax)O3陶瓷。研究了Ta的摻雜對于KNN陶瓷物相組成、壓電性能和介電性能的影響。實驗結(jié)果表明隨著前驅(qū)溶液中Ta含量的提高，K0.5Na0.5(Nb1-xTax)O3陶瓷的壓電常數(shù)先升后降，當(dāng)Ta摻雜量為8％mol時壓電性能較好，最佳燒結(jié)溫度975℃下獲得的陶瓷樣品的壓

6、電常數(shù)d33達到125pC/N，機電耦合系數(shù)kp達到0.29，機械品質(zhì)因數(shù)Qm為128。同時K0.5Na0.5(Nb1-xTax)O3陶瓷的介電溫譜表明Ta的摻雜會引起陶瓷四方-立方相變的弛豫現(xiàn)象。
　　 以水熱合成的KNbO3、NaNbO3、BiFeO3粉體為原料，通過傳統(tǒng)固相燒結(jié)工藝制備了(1-x)K0.5Na0.5NbO3-xBiFeO3陶瓷。研究了BiFeO3的摻雜對于KNN陶瓷物相組成、壓電性能和介電性能的影響。實驗結(jié)

7、果表明隨著BiFeO3摻雜量的提高，(1-x)K0.5Na0.5NbO3-xBiFeO3陶瓷的壓電常數(shù)先升后降，當(dāng)BiFeO3摻雜量為1％mol時壓電性能較好，最佳燒結(jié)溫度1085℃下獲得的陶瓷樣品的壓電常數(shù)d33達到135pC/N，機電耦合系數(shù)kp達到0.29，機械品質(zhì)因數(shù)Qm為110。同時(1-x)K0.5Na0.5NbO3-xBiFeO3陶瓷的介電溫譜表明BiFeO3摻雜能夠使KNN-BF陶瓷的居里溫度Tc小幅度先升后降，使其正交

8、-四方相變溫度TO-T從223℃降低至181℃。
　　 以水熱合成的KNbO3、NaNbO3、LiSbO3粉體為原料，通過傳統(tǒng)固相燒結(jié)工藝制備了(1-x)K0.5Na0.5NbO3-xLiSbO3陶瓷，研究了LiSbO3摻雜對于KNN陶瓷的相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、壓電性能和介電性能的影響，結(jié)果表明LiSbO3的摻雜引起了陶瓷的正交-四方和四方-立方相轉(zhuǎn)變溫度的下降，當(dāng)LiSbO3摻雜量為7％mol時，陶瓷的立方-四方和四方-正交相轉(zhuǎn)變