KNN基無鉛壓電陶瓷的摻雜改性研究.pdf

1、K0.5Na0.5NbO3(KNN)基無鉛壓電陶瓷因具有優(yōu)良的壓電性能而受到人們的廣泛關(guān)注。大量的研究結(jié)果表明，離子取代在改善KNN基陶瓷的致密度和壓電性能上發(fā)揮了顯著的作用。本文采用固態(tài)反應(yīng)法常壓燒結(jié)工藝制備了(1-x)KNN-xAl(Fe0.9Mn0.1)O3（AF9M1)(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08)、(1-x)(0.95KNN-0.05LiSbO3(LS))-xAF9M1(x=0,0.002,0.004,0.

2、006,0.008)、0.996(0.95KNN-0.05LS)-0.004AF1-xMxO(x=0,0.1,0.5,0.9,1)和(1-x)(0.95KNN-0.05LS)-xAlScO3(AS)(x=0,0.002,0.004,0.006,0.008)。研究其摻雜組分或成分比例關(guān)系和燒結(jié)溫度對陶瓷體系的相結(jié)構(gòu)、組織形貌、壓電性能和介電性能的影響。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　首先，系統(tǒng)研究了(1-x)KNN-xAF9M1無鉛壓

3、電陶瓷的摻雜組分和燒結(jié)溫度對陶瓷體系相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、壓電性能和介電性能的影響。研究結(jié)果表明，在所研究的摻雜成分和燒結(jié)溫度范圍內(nèi)，(1-x)KNN-xAF9M1陶瓷均表現(xiàn)為正交相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。隨著AF9M1摻雜量的增加，陶瓷晶粒尺寸增大，致密度增加，壓電性能得到改善。隨著燒結(jié)溫度的增加，陶瓷的晶粒尺寸和致密度均得到改善。當燒結(jié)溫度為1020℃，摻雜成分為 x=0.04時，陶瓷體系壓電性能表現(xiàn)為最佳：d33=121pC/N， kp=0.35

4、， Qm=179，εr=690，ρ=4.42g/cm3，Tc=392℃。
　　其次，系統(tǒng)研究了(1-x)(0.95KNN-0.05LS)-xAF9M1無鉛壓電陶瓷的摻雜組分和燒結(jié)溫度對陶瓷體系相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、壓電性能和介電性能的影響。研究結(jié)果表明，當x=0時，KNN-LS陶瓷為正交相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，當x>0.002時，KNN-LS-AF9M1陶瓷表現(xiàn)為四方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。隨著AF9M1摻雜量的增加，陶瓷晶粒尺寸增大，致密度增加，壓電性

5、能得到改善。隨著燒結(jié)溫度的增加，陶瓷的晶粒尺寸和致密度均得到改善。當燒結(jié)溫度為1050℃，摻雜成分為x=0.004時，陶瓷體系壓電性能表現(xiàn)為最佳：d33=285pC/N， kp=0.54，Qm=22，εr=1110，ρ=4.49g/cm3，Tc=351℃。在此基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)研究了0.996(0.95KNN-0.05LS)-0.004AF1-xMxO無鉛壓電陶瓷的Fe、Mn比例關(guān)系對其壓電性能的影響。結(jié)果表明，當 x=0.1時，陶瓷體系壓

6、電性能表現(xiàn)最佳：d33=285pC/N， kp=0.54，Qm=22，εr=1110，ρ=4.49g/cm3，Tc=351℃。
　　最后，系統(tǒng)研究了(1-x)(0.95KNN-0.05LS)-xAS無鉛壓電陶瓷的摻雜組分和燒結(jié)溫度對陶瓷體系相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、壓電性能和介電性能的影響。研究結(jié)果表明，當x=0時，KNN-LS陶瓷為正交相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，當x>0.002時，KNN-LS-AS陶瓷表現(xiàn)為四方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。隨著AS摻雜量的增加，