兩步燒結(jié)法制備KNN系無鉛壓電陶瓷及其性能研究.pdf

1、壓電陶瓷作為智能材料已被廣泛應(yīng)用于傳感器、驅(qū)動器、換能器等領(lǐng)域。但是,傳統(tǒng)的壓電陶瓷絕大部分為鉛基壓電陶瓷,這類陶瓷在生產(chǎn)、使用以及后處理過程中,都會給環(huán)境造成危害。因此研究和開發(fā)無鉛壓電陶瓷具有重大的社會和經(jīng)濟(jì)意義。K0.5NNa0.5NbO3(KNN)基無鉛壓電陶瓷由于具有較高的居里溫度和壓電性能成為研究的熱點(diǎn)。但是該系列壓電陶瓷由于堿金屬元素的揮發(fā)很難通過傳統(tǒng)法燒結(jié)致密,達(dá)到較高的壓電性能。本文主要是通過Li、Ta、Sb共摻雜改性

2、,采用新的兩步燒結(jié)工藝制備高性能的KNN基無鉛壓電陶瓷。
　　 主要研究工作和結(jié)果如下:
　　 (1).利用兩步燒結(jié)法制備了KNN壓電陶瓷,研究結(jié)果表明:兩步燒結(jié)工藝可以得到晶粒尺寸比較均勻,致密度更高的KNN壓電陶瓷。確定了純的KNN最佳兩步燒結(jié)工藝,T1=1100℃,v1=2℃/min,T2=980℃,t2=10h。在最佳工藝下得到的性能參數(shù)如下:d33=121pC/N,KP=35.2％,εr=815,Pr=9.24

3、μC/cm2。相比較傳統(tǒng)燒結(jié)法,其壓電性能提高了30％左右。
　　 (2).采用傳統(tǒng)燒結(jié)法制備了(K0.44Na0.52Li0.04)(Nb0.9-xTa0.1Sbx)O3體系壓電陶瓷材料,研究了Sb2O3和Sb2O5的不同引入對該體系壓電陶瓷性能的影響。當(dāng)Sb以Sb3+引入時,可以得到更加致密的陶瓷,剩余極化比較大,且剩余極化的大小受陶瓷晶粒尺寸的影響較大。各自的性能如下:摻雜物為Sb2O3,x=0.04時,d33=248 p

4、C/N,Pr=19.2μC/cm2,εr=1254,kp；41％；摻雜物為Sb2O5,x=0.05時,d33=253 pC/N,Pr=15.5μC/cm2,εr=1290,kp=37.4％。
　　 (3).研究了兩步燒結(jié)工藝對(K0.44Na0.52Li0.04)(Nb0.86Ta0.1Sb0.04)O3壓電陶瓷的性能影響,確定了該體系壓電陶瓷最佳兩步燒結(jié)工藝,1140℃/1000℃/10h。在最佳工藝下得到的性能參數(shù)如下:d3

5、3=310pC/N,kp=52.14％,εr=1346,Pr=22.93μC/cm2。
　　 (4).為了降低Ta元素用量,首先采用傳統(tǒng)燒結(jié)研究了(K0.48-xNa0.52Lix)(Nb0.93-xTaxSb0.07)O3體系壓電陶瓷,確定了Ta的最佳用量為0.0375,在最佳燒結(jié)工藝下:1120℃,3h,得到的性能如下:晶粒尺寸在1.1μm左右,d33=320pC/N,kp=47％,εr=1909,Pr=22.2μC/cm2

6、。
　　 (5).研究了兩步燒結(jié)工藝對(K0.4425Na0.52Li0.0375)(Nb0.8925Ta0.0375Sb0.07)O3壓電陶瓷的性能影響,確定了該體系最佳兩步燒結(jié)工藝,1120℃/10min/1000℃/5h。在最佳工藝下得到的性能參數(shù)如下:晶粒尺寸在0.9μm左右,d33=261pC/N,/kp=47.6％,εr=1659,Pr=17.67μC/cm2。
　　 因此操作簡單且不需要復(fù)雜設(shè)備的兩步燒結(jié)法