鈮酸鹽基無鉛壓電陶瓷的制備及其摻雜改性研究.pdf

1、壓電陶瓷廣泛應(yīng)用于壓電傳感器，超聲換能器和其它電子器件。但是大部分電子器件使用的都是含鉛壓電陶瓷，其中鉛含量高達60％以上。鉛是一種有毒物質(zhì)，由于鉛的易揮發(fā)性，在生產(chǎn)、制備、使用及廢棄處理中都會對環(huán)境造成極大的污染。因此發(fā)展無鉛壓電陶瓷來代替含鉛壓電陶瓷已經(jīng)刻不容緩。(Na0.5K0.5)NbO3(KNN)由于其優(yōu)異的壓電性能而成為候選材料。本論文采用傳統(tǒng)的制備工藝，在常壓燒結(jié)的條件下制備了0.94(Na0.5K0.5)NbO3-xLi

2、SbO3-yLiNbO3無鉛壓電陶瓷，并對其物相結(jié)構(gòu)、壓電、介電性能進行了研究。 采用傳統(tǒng)陶瓷制備方法制備了0.94(Na0.5K0.5)NbO3-xLiSbO3-yLiNbO3(NKNLS)體系無鉛陶瓷，研究了不同LiSbO3和IiNbO3的量對NKNLS無鉛壓電陶瓷材料的密度、相結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。χ射線衍射(XRD)表明過量的LiNbO3或者LiSbO3都不能使樣品形成完全純的鈣鈦礦相，而且有鎢青銅結(jié)構(gòu)的第二相

3、K3Li2Nb5O15生成。只有適量的LiNbO3和LiSbO3才能形成純的鈣鈦礦相。通過掃描電鏡(SEM)分析可知NKNLS無鉛壓電陶瓷體系的顯微結(jié)構(gòu)也由于LiNbO3和LiSbO3含量的不同而表現(xiàn)出很大差異。當(dāng)x=0.03，’y=0.03時，0.94(Na0.5K0.5)NbO3-xLiSbO3-yLiNbO3無鉛壓電陶瓷表現(xiàn)出優(yōu)越的壓電性能。同時研究了燒結(jié)溫度對0.94(Na0.5K0.5)NbO3-0.03LiSbO3-0.03

4、LiNbO3(NKNLS-3)的密度、相結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。XRD分析表明當(dāng)燒結(jié)溫度≤1080℃時，NKNLS-3樣品都是純的鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)，當(dāng)燒結(jié)溫度＞1080℃時，有鎢青銅結(jié)構(gòu)的第二相K3Li2NbsO15出現(xiàn)，從而惡化了其壓電性能。通過對樣品密度的測量可知最佳燒結(jié)溫度為1080℃。當(dāng)燒結(jié)溫度為1080℃時，得到了綜合性能比較好的NKNLS-3無鉛壓電陶瓷：p=4.29g/cm3，εr=826，tanδ=0.049，d33

5、=190pC/N，kp=0.30。 為了進一步提高材料的綜合電性能，尤其是進一步提高材料的Qm，我們采用CuO和MnO2摻雜劑對NKNLS-3陶瓷進行改性研究。首先系統(tǒng)研究了CuO含量對NKNLS-3陶瓷顯微結(jié)構(gòu)和電性能的影響，結(jié)果表明：在CuO含量變化范圍內(nèi)，陶瓷相結(jié)構(gòu)均以四方相相結(jié)構(gòu)為主。隨著CuO量的增加，εr下降，而Qm和tanδ先升高后降低。當(dāng)CuO摻雜量為0.3mol％時的陶瓷樣品具有較好的綜合電性能。其次，系統(tǒng)研究