對(duì)無(wú)鉛壓電陶瓷鈮酸鉀鈉的改性及制備工藝的研究.pdf

1、壓電陶瓷是一類(lèi)極為重要的功能材料，大量應(yīng)用在換能器、驅(qū)動(dòng)器等領(lǐng)域，遍及人類(lèi)日常生活及生產(chǎn)的各個(gè)角落。目前全球在大量使用的壓電陶瓷材料仍是含鉛的壓電陶瓷，其中Pb元素的含量在60％以上。由于鉛的易揮發(fā)性，在材料生產(chǎn)、使用和廢棄物回收處理過(guò)程中都會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大污染，而且易對(duì)幼兒的智商產(chǎn)生惡劣的影響。隨著環(huán)保意識(shí)的深入人心，國(guó)際上正通過(guò)各種法律、政策來(lái)減少進(jìn)而杜絕含鉛電子產(chǎn)品。堿金屬鈮酸鹽因其良好的壓電性能備受各界關(guān)注，成為替代含鉛壓電材料

2、的主要候選。 本文選取環(huán)境友好型鈮酸鉀鈉陶瓷體系，通過(guò)引入助燒劑、元素?fù)诫s和退火等方法，用傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝制取了(K0.5Na0.5)NbO3(NKN-V)和(0.95-x)(K0.5Na0.5)NbO3-0.05LiSbO3-xNaWO3(NKN-LS-NW)兩大體系的壓電陶瓷，系統(tǒng)研究了助燒劑V2O5、W離子摻雜和退火處理對(duì)鈮酸鉀鈉陶瓷性能的影響規(guī)律。 采用傳統(tǒng)陶瓷制備技術(shù)研制得到了NKN-V陶瓷，研究了V2O5含

3、量對(duì)NKN陶瓷燒結(jié)行為、顯微結(jié)構(gòu)和介電性能的影響。結(jié)果表明，適量添加V2O5可以降低NKN燒結(jié)溫度，提高其致密性。添加量為0.6mol％的陶瓷的相對(duì)體密度為98％，介電常數(shù)得到提高，低頻下的損耗降低，頻率穩(wěn)定性增強(qiáng)。從SEM照片結(jié)果可知，V2O5的添加使瓷體緊密，晶粒更加均勻，但過(guò)多的V2O5(x≥1.2mol％)導(dǎo)致棒狀晶粒出現(xiàn)，使陶瓷體密度下降。 研究了燒結(jié)溫度和組分對(duì)NKN-LS-NW陶瓷電性能的影響。各組分對(duì)于燒結(jié)溫度十

4、分敏感，僅在1060℃下燒結(jié)可獲得致密的、具有較好電性能的陶瓷。適量的NW摻入(～1mol％)可以改善NKN-LS陶瓷的燒結(jié)行為，提高陶瓷的剩余極化值(達(dá)21.6 μC/cm2)，壓電性能無(wú)明顯影響。但是過(guò)量鎢的摻入使陶瓷的體密度下降，第二相含量增加，導(dǎo)致介電、鐵電、壓電性能都有下降。 本文還研究了退火對(duì)摻鎢的NKN-LS陶瓷性能的影響。退火后介電常數(shù)和損耗都提高，正交相-四方相轉(zhuǎn)變溫度(To-T)和四方相-立方相轉(zhuǎn)變溫度(Tc