KNN基無鉛壓電陶瓷的改性與機(jī)理研究.pdf

1、結(jié)合BF(BM)的鐵電性與LS的取代改性等綜合特性，以傳統(tǒng)的陶瓷燒結(jié)技術(shù)為制備手段，對KNN-LS—BF與KNN-LS-BM兩個(gè)體系的成分、結(jié)構(gòu)、相變、燒結(jié)工藝與壓電、介電性能間的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)研究。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新之處如下：
　　 系統(tǒng)研究了(1-x)KNN-xBF陶瓷的成分與結(jié)構(gòu)、顯微組織、壓電介電性能的關(guān)系，結(jié)果表明：陶瓷的準(zhǔn)同型相界成分范圍為：0.01≤x≤0.02。當(dāng)x=0.008時(shí)，KNN-BF陶瓷具有最好的電性能

2、：d33=125pC/N，kp=40％，Tc=405℃，T0-t=：185℃，εr=432，tanδ=2.93％。系統(tǒng)研究了燒結(jié)溫度與保溫時(shí)間對陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)與相轉(zhuǎn)變、組織形貌、致密度及壓電、介電性能的影響。結(jié)果表明，樣品在1150℃保溫2h燒結(jié)時(shí)表現(xiàn)較好的性能：ρ=4.50 g.cm-3，εr=513.86，d33=132 pC/N，kp=45％，Qm==333.73，tanδ=2.39％。
　　 對比研究了氧化鋁和氧化鋯板承

3、燒的(1-x)(0.95KNN-0.05LS)-xBF陶瓷的摻雜量、相結(jié)構(gòu)、相轉(zhuǎn)變、顯微組織與壓電介電性能。結(jié)果表明：采用氧化鋯板承燒的陶瓷的壓電性能明顯高于氧化鋁板承燒的，而后者的Tc則高于前者；并指出，承燒板中的元素有無擴(kuò)散到陶瓷中是引起兩者結(jié)構(gòu)與性能差別的主要機(jī)制。另外，還指出：Al元素的引入可以明顯提高陶瓷的居里溫度。系統(tǒng)研究了該體系陶瓷的成分、燒結(jié)溫度與時(shí)間、相結(jié)構(gòu)、相轉(zhuǎn)變、顯微組織及壓電介電性能的關(guān)系。隨著BF含量的增加，陶

4、瓷的相結(jié)構(gòu)從正交與四方相共混結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆浇Y(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變起始點(diǎn)在x=0.004時(shí)。當(dāng)BF含量為0.4at.％、在1100℃燒結(jié)3h時(shí)，陶瓷有較好的性能：d33=272pC/N，kp=53％，Tc=345℃，εr=1103，tanδ=1.89％。
　　 系統(tǒng)研究了(0.996-y)KNN-0.004BF-yLS陶瓷的成分、燒結(jié)溫度、相結(jié)構(gòu)、相轉(zhuǎn)變、顯微組織及壓電介電性能的關(guān)系。表明：陶瓷的準(zhǔn)同型相界的成分范圍為：0.02≤y≤0.04

5、。隨著LS含量的增加，d33和kp均先增加后減?。沪舝先顯著升高后略有下降；tanδ降低后略有回升；T0-t和Tc均向低溫方向移動(dòng)。隨燒結(jié)溫度的升高，壓電性能先顯著提高后降低，但Tc峰先向高溫區(qū)移動(dòng)后向低溫區(qū)方向略有偏移，當(dāng)燒結(jié)溫度為1100℃時(shí)，陶瓷有最好的壓電性能，d33=297pC/N，kp54％。未摻雜與BF摻雜的KNN-LS陶瓷的均有較高的退極化溫度，但摻雜后陶瓷的退極化溫度低于未摻雜陶瓷。BF摻雜KNN-LS陶瓷具有明顯的熱

6、滯現(xiàn)象，熱滯溫區(qū)為310～380℃，對應(yīng)陶瓷四方相與立方相共存的溫區(qū)。
　　 系統(tǒng)研究了(1-x(0.95KNN-0.05LS)-xBM陶瓷的成分、相結(jié)構(gòu)、相轉(zhuǎn)變、顯微組織及壓電介電性能的關(guān)系。在0≤x≤0.008范圍內(nèi)，室溫下陶瓷具有正交相與四方相混合結(jié)構(gòu)；當(dāng)x=0.01時(shí)，陶瓷的結(jié)構(gòu)開始具有趨于向四方相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的結(jié)構(gòu)特征。隨BM含量的增加，陶瓷的d333和kp先增加后降低，介電損耗則先降低后略有回升，Tc先向高溫區(qū)移動(dòng)然后又

7、回落，當(dāng)x=0.004時(shí)，d33和kp同時(shí)達(dá)到最大值：213pC/N和0.408；tanδ達(dá)最低，為2.6％；Tc=370℃。
　　 系統(tǒng)研究了(0.996-y)KNN-0.004BM-ylS陶瓷的成分、燒結(jié)溫度、相結(jié)構(gòu)、相轉(zhuǎn)變、顯微組織及壓電介電性能的關(guān)系。表明：陶瓷的準(zhǔn)同型相界的成分范圍為：0.03≤y≤0.05。隨著LS含量的增加，陶瓷的d33和kp均先增加后減小，當(dāng)x=0.05時(shí)，均達(dá)到最大值，分別為230pC/N和0.

8、42；陶瓷的Tc向低溫方向移動(dòng)。
　　 對比研究了BF與BM在KNN-LS陶瓷中的作用。研究表明，兩者對KNN、LS陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)、相變、組織結(jié)構(gòu)與壓電介電性能影響既有相似之處也存在明顯的差別。與BM相比，BF對KNN-LS陶瓷的壓電性能的促進(jìn)作用更加明顯。另外，也對LS與BF(BM)對KNN陶瓷的影響進(jìn)行了比較研究，表明，LS在KNN陶瓷中的作用占主導(dǎo)地位。首次對KNN-LS.BF(BM)陶瓷的阻抗特性研究表明，BF摻雜KNN