堿金屬鈮酸鹽無鉛壓電陶瓷制備工藝、結(jié)構(gòu)及電學(xué)特性研究.pdf

1、鉛基壓電陶瓷因其優(yōu)異的壓電性能而得到廣泛的應(yīng)用,但鉛污染對(duì)環(huán)境和人類健康存在嚴(yán)重的影響。因此,必須研究和開發(fā)無鉛壓電陶瓷以取代鉛基陶瓷,其中堿金屬鈮酸鹽無鉛壓電陶瓷具有優(yōu)異的性能,有望成功取代鉛基陶瓷。本文采用傳統(tǒng)陶瓷工藝制備了三種新型堿金屬鈮酸鹽陶瓷(K0.94-xNax。Li0.06)(Nb0.94Sb0.06)O3(KNLNS-x)、(K0.44Na0.5Li0.06)(Nb0.94-xTaxSb0.06)O3(KNLNTS-x)

2、和(1-x)NaNbO3-xBi0.5Li0.5TiO3(NN-BLT-x),詳細(xì)地研究了三種陶瓷的物相和微觀結(jié)構(gòu)、電學(xué)(介電、壓電和鐵電)性能以及制備工藝的影響。通過實(shí)驗(yàn),本文的研究成果如下:
　　 (1)采用傳統(tǒng)燒結(jié)工藝制備新型(K0.94-xNaxLi0.06)(Nb0.94Sb0.06)O3陶瓷,研究不同Na/K配比對(duì)陶瓷的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:x在0.35-0.7變化范圍內(nèi),所有KNLNS-x陶瓷均能燒結(jié)成瓷,呈鈣鈦礦結(jié)

3、構(gòu),存在一個(gè)由正交到四方晶相的轉(zhuǎn)變,室溫附近0.35　　 (2)在KNLNS-0.5陶瓷的基礎(chǔ)上,提出

4、用Tas5+取代Nb5+,用普通燒結(jié)工藝制備(K0.44Na0.5Li0.06)(Nb0.94-xTaxSb0.06)O3陶瓷,研究其結(jié)構(gòu)和性質(zhì):x在0-0.35變化范圍內(nèi),所有KNLNS-x陶瓷為四方相的鈣鈦礦結(jié)構(gòu),四方相特性逐漸減弱。隨著Ta5+含量的增加,燒結(jié)溫度逐漸升高,同時(shí)陶瓷的TO-T和Tc向低溫區(qū)發(fā)生了偏移。少量Ta5+取代Nb5+時(shí)KNLNTS-x陶瓷具有優(yōu)異的性能:d33=248pC/N、kp=50%、εr=1634、

5、Tc=330℃和Pr=22μC/cm2,以及良好熱穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性在x=0.05處。當(dāng)高含量的Ta5+使陶瓷性能明顯劣化。
　　 在KNLNTS-0.05陶瓷的基礎(chǔ)上,提出制備(K0.44Na0.5Li0.06)(Nb0.89Ta0.05Sb0.06)O3+xwt%Ga2O3陶瓷,研究摻雜不同含量Ga2O3對(duì)KNLNTS-0.05陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能影響。結(jié)果表明:x在0-2范圍內(nèi),陶瓷為單一鈣鈦礦相,具有良好的鐵電性能;陶瓷晶粒

6、變小,陶瓷的居里溫度Tc有少許增加,但陶瓷的壓電性能顯著劣化。
　　 3)采用傳統(tǒng)陶瓷工藝制備出致密的(1-0)NaNbO3-xBi0.5Li0.5TiOD3陶瓷,實(shí)驗(yàn)表明:x在0.025-0.175范圍內(nèi),所有NN-BLT-x陶瓷都為正交相的鈣鈦礦結(jié)構(gòu),正交相特性逐漸減弱;添加少量Bi0.5L0.5TiO3(x=0.025)能使NaNbO3由反鐵電體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電體,在x=0.075時(shí)陶瓷是標(biāo)準(zhǔn)的鐵電體,隨x繼續(xù)增加,鐵電相-順電

7、相的轉(zhuǎn)變區(qū)域逐漸變寬,弛豫性能逐漸增強(qiáng),NN-BLT-x陶瓷轉(zhuǎn)變成弛豫型鐵電體;添加少量Bi0.5Li0.5TiO3時(shí)陶瓷具有優(yōu)異的性能,x=0.075陶瓷具有較高的壓電性能(d33=58pC/N和kp=18%)和居里溫度(Tc=228℃),很好的熱穩(wěn)定性和很高的Pr值。但高含量的Bi0.5Li0.5TiO3,使得陶瓷性能逐漸下降;陶瓷的Tc隨著x的增加逐漸下降。
　　 為研究了MnO2對(duì)NN-BLT-0.075的結(jié)構(gòu)和性能的影