鈮酸鉀鈉基無(wú)鉛壓電陶瓷的制備及其電學(xué)性能研究.pdf

1、壓電陶瓷材料是一種實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的功能材料,具有廣泛的應(yīng)用。由于傳統(tǒng)的鉛基壓電陶瓷含有有毒金屬元素Pb而難以滿足環(huán)保的要求。因此,積極尋找可用來(lái)替代鉛基材料的無(wú)鉛壓電陶瓷材料成為當(dāng)務(wù)之急。本論文從無(wú)鉛環(huán)保的角度出發(fā),分別采用溶劑熱合成法和傳統(tǒng)固相反應(yīng)法制備了鉭(或銻)摻雜的鈮酸鉀鈉(Na0.5K0.5NbO3,簡(jiǎn)稱KNN)無(wú)鉛壓電材料,并對(duì)其物相結(jié)構(gòu)、表面形貌和電學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　第一部分首先

2、研究了鉭(Ta)摻雜的KNN陶瓷粉體(K0.5Na0.5)(Nb1-xTax)O3(簡(jiǎn)稱KNNTx(x=0?0.4))在水熱以及水/異丙醇混合溶劑熱條件下的制備。XRD和SEM的分析結(jié)果表明:用混合溶劑熱法在180℃下就能獲得具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)、形貌規(guī)則且晶粒細(xì)小的KNNTx陶瓷粉體,而水熱條件在此溫度下卻不能合成具有單一鈣鈦礦相的KNNTx粉體。其次,粉體通過(guò)普通燒結(jié)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)陶瓷。陶瓷的最佳燒結(jié)溫度隨Ta摻雜量的增加而逐漸上升,最佳的升

3、溫速率和保溫時(shí)間分別為5℃/min和4h。再次,研究發(fā)現(xiàn)燒結(jié)溫度和極化條件對(duì)KNNTx陶瓷的壓電性能有很大的影響。KNNT0.3陶瓷具有最大的壓電常數(shù)值(d33=156pC/N)。最后,相較于傳統(tǒng)固相反應(yīng)法,溶劑熱法能明顯降低KNNTx陶瓷的燒結(jié)溫度,且在一定程度上提高陶瓷的壓電性能。
　　第二部分研究了銻(Sb)摻雜KNN粉體(K0.5Na0.5)(Nb1-ySby)O3(簡(jiǎn)稱KNNSy(y=0.02-0.10))的制備及相應(yīng)陶

4、瓷的燒結(jié)工藝和壓電性能。XRD和SEM的分析結(jié)果表明:在水/異丙醇混合溶劑熱下,Sb摻雜的KNN粉體在220℃能被成功合成。陶瓷的最佳燒結(jié)溫度隨Sb摻雜量的增加同樣會(huì)逐漸提高,而且燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對(duì)陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)有顯著影響。通過(guò)對(duì)影響KNNSy陶瓷壓電性因素的分析發(fā)現(xiàn),選擇最佳的燒結(jié)條件或者選擇位于正交-四方多態(tài)相轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間附近的極化溫度都會(huì)獲得增強(qiáng)的壓電性能。KNNS0.06陶瓷具有最大的壓電常數(shù)值(d33=134pC/N)。研究