KNN基無鉛壓電陶瓷的摻雜改性和微觀機(jī)理研究.pdf

1、鉛基壓電陶瓷在壓電領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用，然而鉛元素的毒性限制了它的發(fā)展。隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，無鉛的堿性鈮酸鹽壓電材料得到了重點的關(guān)注。通過摻雜改性以及流延工藝制備出的鈮酸鹽系(KNN)壓電材料，具有可以與PZT(鉛基壓電陶瓷)相匹敵的性能。因此，制備高性能鈮酸鉀鈉等無鉛壓電陶瓷是現(xiàn)在的熱門研究課題。本文主要通過摻雜改性、兩步燒結(jié)以及流延法逐步提高KNN陶瓷壓電性能。
　　陶瓷的兩相共存可以大大提高KNN基陶瓷的壓電性能，實驗采用

2、CaTiO3、BaTiO3以及 BaZrO3復(fù)合摻雜，制備(0.91-x)K0.5Na0.5NbO3-0.03BaTiO3-0.06BaZrO3-xCaTiO3(簡寫為：(0.91-x)KNN-BT-BZ-xCT)。通過改變 CaTiO3摻量，使得陶瓷菱方-正交兩相共存區(qū)移向室溫附近，獲得陶瓷性能成倍提高。通過 KNN相圖看出，由于堿金屬的存在， KNN陶瓷在燒結(jié)中容易使堿金屬揮發(fā)，出現(xiàn)成分分凝，使得摻雜在液相區(qū)析出，導(dǎo)致陶瓷性能降低。

3、實驗中采用兩步燒結(jié)法(TSS)，有效的降低并阻止了分凝，減小晶粒，提高了陶瓷的成分均一化程度。為了進(jìn)一步提高摻雜后陶瓷的性能，以片狀 NN(NaNbO3)作為模板，用流延法制備(001)面定向生長的0.90KNN-BT-BZ-0.01CT基陶瓷。
　　通過三元系摻雜改性，當(dāng) x取值0.01時，由于出現(xiàn)了準(zhǔn)同型相界(PPT)，(0.91-x)KNN-BT-BZ-xCT陶瓷的壓電和介電性能達(dá)到了最佳，為185PC/N。和SSS(普通固

4、相法)燒結(jié)陶瓷相比，TSS燒結(jié)陶瓷的致密度要高出3％，壓電常數(shù)提高18%，為219 PC/N。通過XRD和EDS物相分析，TSS法燒結(jié)陶瓷物相具有更低的堿金屬燒損量。流延法中NN模板的制備至關(guān)重要，首先采用熔鹽法制備前驅(qū)體 BNN，后又運用熔鹽法及產(chǎn)生的拓?fù)浠瘜W(xué)反應(yīng)制備了各向異性的片狀NaNbO3模板晶粒。當(dāng)模板含量為5%時，織構(gòu)壓電陶瓷材料性能達(dá)到最佳，制備陶瓷的織構(gòu)度 f達(dá)到86%。和非織構(gòu)陶瓷相比，織構(gòu)陶瓷使得陶瓷的軸率(c/a)