堿金屬鈮酸鹽無(wú)鉛壓電陶瓷制備及性能研究.pdf

1、長(zhǎng)久以來(lái)，壓電陶瓷領(lǐng)域一直被Pb(ZrTi)O<,3>(簡(jiǎn)稱PZT)基壓電陶瓷所主宰。但是鉛毒性很強(qiáng)，出于對(duì)環(huán)境保護(hù)的考慮，無(wú)鉛壓電陶瓷越來(lái)越受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。堿金屬鈮酸鹽無(wú)鉛壓電陶瓷的制備是當(dāng)前無(wú)鉛壓電陶瓷領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題，其中，Na<,0.5>K<,0.5>NbO<,3>(簡(jiǎn)稱NKN)是堿金屬鈮酸鹽無(wú)鉛壓電陶瓷的主要代表，經(jīng)摻雜改性和織構(gòu)化后的NKN陶瓷的各項(xiàng)電學(xué)性能完全可以與傳統(tǒng)壓電陶瓷PZT相媲美。本文以NKN無(wú)鉛壓電陶

2、瓷的性能改進(jìn)為研究方向，采用固相反應(yīng)合成法制備NKN無(wú)鉛壓電陶瓷；在此基礎(chǔ)上，研究微量Li、Ta和氧化銅摻雜對(duì)NKN性能的影響；并采用當(dāng)前較為流行的模板晶粒生長(zhǎng)法和熔鹽法制備壓電陶瓷模板，探索NKN陶瓷織構(gòu)化制備新工藝對(duì)其性能的影響。 預(yù)燒溫度、塑化劑的選擇及其用法用量，以及成型壓力的選擇，都是對(duì)NKN陶瓷坯體性能有著重要影響的參數(shù)，論文工作中，根據(jù)XRD分析和熱重.差熱曲線確定了合適的預(yù)燒工藝：溫度850℃，保溫2小時(shí)；確立了

3、適宜的塑化及成型工藝：質(zhì)量百分比為6％的濃度5％的聚乙烯醇溶液作為塑化劑，成型壓力120MPa。通過(guò)對(duì)材料致密度、介電性能、壓電性能的系統(tǒng)研究，確定了本實(shí)驗(yàn)研究的NKN燒結(jié)工藝：1100℃，保溫1小時(shí)；極化條件：極化溫度120℃，極化時(shí)間15分鐘，極化電場(chǎng)3KV/mm。 對(duì)NKN陶瓷性能研究結(jié)果表明： 1100℃固相反應(yīng)合成法制備NKN陶瓷，壓電常數(shù)d<,33>達(dá)到78pC/N，介電損耗tgδ為3.4％和相對(duì)介電常數(shù)47

4、2.6； 利用Li和Ta分別對(duì)。NKN的A位和B位進(jìn)行部份替代后的KNN具有較低的矯頑場(chǎng)強(qiáng)，易于極化，壓電性能得到充分發(fā)掘。壓電常數(shù)從78提高到115pC/N，介電常數(shù)從472.6提高到562.8，而介電損耗也有所降低： CuO摻雜促進(jìn)了晶粒的長(zhǎng)大，提高了坯體的致密度，材料的介電損耗tgδ與壓電系數(shù)d<,33>下降；CuO的摻入量在0.8mol％時(shí)，NKN陶瓷的各項(xiàng)性能最佳：d<,33>為64pC/N，tgδ=1.9％；