【摘 要】
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随着人们生态环保意识的提高和社会可持续发展战略的实施,开发具有环境协调性的压电陶瓷已成为压电材料研究领域的重点。为获得一种性能极佳的无铅压电陶瓷,本文系统地研究了(1-
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随着人们生态环保意识的提高和社会可持续发展战略的实施,开发具有环境协调性的压电陶瓷已成为压电材料研究领域的重点。为获得一种性能极佳的无铅压电陶瓷,本文系统地研究了(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xLiNbO3(简称为KNLN)无铅压电陶瓷的烧结特性、压电铁电性能、机电性能和介电性能。分析了组成、掺杂、烧结和极化工艺等因素对陶瓷的影响,探索了铌酸钾钠锂体系陶瓷的最佳制备工艺与极化处理条件。 研究结果表明,KNLN陶瓷具有单一的钙钛矿结构,并且随着LiNbO3含量的增加,该陶瓷体系逐渐由正交相向四方相过渡。当LiNbO3含量为0.05~0.07时具有正交相和四方相共存的准同型相界。烧结温度和升温速率对相结构几乎没有影响,但是对其微结构和压电性能有很大影响。随着升温速率的增加,陶瓷的断面形貌由晶界断裂模式转变成穿晶断裂模式。与(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷相比,KNLN陶瓷的烧结温度降低,致密化程度提高,表现出了优越的压电性能及典型的铁电特性,其中0.94(K0.5Na0.5)NbO3-0.06LiNbO3(x=0.06)陶瓷的压电常数d33达到215pC/N,机电耦合系数kp能达到40.3%,kt达到49.8%,Ec和Pr分别为13.4kV/cm和20.0μC/cm2。 对极化工艺的研究表明:经极化处理后陶瓷试样的晶格常数变大,极化条件对KNLN陶瓷的压电性能有很大的影响。对0.94(K0.5Na0.5)NbO3-0.06LiNbO3陶瓷而言,其最佳极化条件确定为极化电场强度3.5kV/mm,极化温度为120℃,极化时间为30min。 在KNLN无铅压电陶瓷的基础上,研究了0.94(K0.5Na0.5)NbO3-0.06LiNbO3-xMnO2 wt%(简称KNLN6-xMnO2%)陶瓷。当掺杂物质MnO2含量较低时,锰离子可以完全进入KNLN6晶格中形成固溶体,使试样保持纯的钙钛矿结构。随着MnO2含量的增加,KNLN6-xMnO2 wt%陶瓷逐渐由正交相与四方相共存向正交相转变,并且将引起次晶相K3LiNb6O17的产生。与KNLN陶瓷相比,KNLN6-xMnO2 wt%陶瓷的压电性能降低,介电损耗减小,机械品质因素Qm值有明显提高,锰掺杂主要表现为“硬”性掺杂特性。
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