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长久以来,压电陶瓷领域一直被Pb(ZrTi)O<,3>(简称PZT)基压电陶瓷所主宰。但是铅毒性很强,出于对环境保护的考虑,无铅压电陶瓷越来越受到世界各国的广泛关注。碱金属铌酸盐无铅压电陶瓷的制备是当前无铅压电陶瓷领域的热点研究课题,其中,Na<,0.5>K<,0.5>NbO<,3>(简称NKN)是碱金属铌酸盐无铅压电陶瓷的主要代表,经掺杂改性和织构化后的NKN陶瓷的各项电学性能完全可以与传统压电陶瓷PZT相媲美。本文以NKN无铅压电陶瓷的性能改进为研究方向,采用固相反应合成法制备NKN无铅压电陶瓷;在此基础上,研究微量Li、Ta和氧化铜掺杂对NKN性能的影响;并采用当前较为流行的模板晶粒生长法和熔盐法制备压电陶瓷模板,探索NKN陶瓷织构化制备新工艺对其性能的影响。
预烧温度、塑化剂的选择及其用法用量,以及成型压力的选择,都是对NKN陶瓷坯体性能有着重要影响的参数,论文工作中,根据XRD分析和热重.差热曲线确定了合适的预烧工艺:温度850℃,保温2小时;确立了适宜的塑化及成型工艺:质量百分比为6%的浓度5%的聚乙烯醇溶液作为塑化剂,成型压力120MPa。通过对材料致密度、介电性能、压电性能的系统研究,确定了本实验研究的NKN烧结工艺:1100℃,保温1小时;极化条件:极化温度120℃,极化时间15分钟,极化电场3KV/mm。
对NKN陶瓷性能研究结果表明:
1100℃固相反应合成法制备NKN陶瓷,压电常数d<,33>达到78pC/N,介电损耗tgδ为3.4%和相对介电常数472.6;
利用Li和Ta分别对。NKN的A位和B位进行部份替代后的KNN具有较低的矫顽场强,易于极化,压电性能得到充分发掘。压电常数从78提高到115pC/N,介电常数从472.6提高到562.8,而介电损耗也有所降低:
CuO掺杂促进了晶粒的长大,提高了坯体的致密度,材料的介电损耗tgδ与压电系数d<,33>下降;CuO的掺入量在0.8mol%时,NKN陶瓷的各项性能最佳:d<,33>为64pC/N,tgδ=1.9%;
利用熔盐法制备的BIT、NBT、BBN模板均为片层状结构,长、宽大约在10~20μm之间,厚度约2μm,尺寸均匀、分散性好、各向异性很明显,符合实验要求,是比较理想的作为制备织构化陶瓷的微晶模板。