鈮酸鉀鈉基無(wú)鉛壓電陶瓷摻雜及極化工藝的研究.pdf

1、材料是人類(lèi)一切生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，日新月異的現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展需要很多新型材料的支持。壓電陶瓷作為一種機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料，以其獨(dú)特的性能，已在電、磁、聲、光、熱、力等功能轉(zhuǎn)換器件中發(fā)揮著重要的作用，遍及人類(lèi)日常生活及生產(chǎn)的各個(gè)角落。
　　 盡管壓電陶瓷得到了迅猛的發(fā)展，目前市場(chǎng)上大規(guī)模使用的壓電陶瓷材料主要是鉛基壓電陶瓷(PZT)，但其成份的特殊性帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題卻變得越來(lái)越不容忽視。隨著環(huán)保意識(shí)的深入人心，國(guó)際上正

2、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。壓電材料的無(wú)鉛化己經(jīng)迫在眉睫，因此，發(fā)展非鉛基的環(huán)境協(xié)調(diào)型壓電陶瓷，是一項(xiàng)緊迫而又具有重大現(xiàn)實(shí)意義的課題。(K0.5Na0.5)NbO3(NKN)體系陶瓷是一種具有典型ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料。因?yàn)镹b、K、Na金屬對(duì)環(huán)境和人體來(lái)說(shuō)都是友好物質(zhì)，并且這類(lèi)陶瓷為各向同性，通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)燒結(jié)工藝后，其性能大大優(yōu)于其它體系無(wú)鉛壓電陶瓷。(K0.5Na0.5)NbO3因其良好的壓電性能備受各界關(guān)注，

3、成為替代含鉛壓電材料的主要候選。
　　 本文采用傳統(tǒng)固相反應(yīng)法制備了0.948(Na0.5K0.5)NbO3-0.052LiSbO3陶瓷，往其中分別加入1mol％ZnO、CuO、MnO2，研究了三種氧化物摻雜對(duì)KNN-LS壓電陶瓷相結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，摻雜改性后的KNN-LS電阻率有明顯的提升，介電損耗有效地降低。居里溫度略有下降，也仍保持在較高的350度左右，并且都實(shí)現(xiàn)了在壓電系數(shù)d33基本不變或者減小很少的情

4、況下，機(jī)械品質(zhì)因子Q大幅提升。
　　 進(jìn)一步研究了極化條件對(duì)0.948(Na0.5K0.5)NbO3-0.052LiSbO3+lmol％CuO陶瓷的影響，從極化電場(chǎng)、極化溫度和極化時(shí)間三個(gè)方面對(duì)極化工藝做調(diào)整。結(jié)果表明，KNN-LS-CuO陶瓷最佳極化條件即電場(chǎng)強(qiáng)度3kV/mm，極化溫度為70℃，極化時(shí)間為30min。經(jīng)過(guò)這個(gè)優(yōu)化條件的極化之后，KNN-LS-CuO能獲得良好的壓電性能。
　　 本文還在[0.94(K0.

5、5Na0.5)NbO3-0.06LiNbO3]加入了一種新的鐵電相BiAlO3。通過(guò)固相法制造KNN-LN-BiAlO3陶瓷，研究了BiAlO3摻雜對(duì)KNN-LN陶瓷相結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)、電性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，BiAlO3的固溶度為6mol％;摻雜之后的陶瓷仍然保持正交相結(jié)構(gòu)，但摻雜使材料的晶面間距變小。SEM結(jié)果顯示，摻雜BiAlO3明顯抑制其晶粒的生長(zhǎng)。摻雜之后，試樣的電阻率明顯上升，居里峰寬化。摻雜1mol％BA陶瓷試樣可獲得很