【摘 要】
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多年来,锆钛酸铅(Pb(Zr1-x,Tix)O3,简称PZT)压电陶瓷因具有好的电学性能被广泛应用于制动器、传感器和变换器等设备上,然而PZT陶瓷中含有约60%的Pb元素,使得其生产和废弃后处
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多年来,锆钛酸铅(Pb(Zr1-x,Tix)O3,简称PZT)压电陶瓷因具有好的电学性能被广泛应用于制动器、传感器和变换器等设备上,然而PZT陶瓷中含有约60%的Pb元素,使得其生产和废弃后处理过程中给环境带了严重的危害。因此,有必要研究无铅压电陶瓷来替代PZT陶瓷,(K0.5Na0.5)NbO3(简称KNN)无铅压电陶瓷因具有压电性好、居里温度高等特点,被学者们广泛研究。本文以碳酸钠和碳酸钾为熔盐,采用熔盐法制备KNN粉体,优化粉体的合成温度、保温时间和熔盐与目标产物质量比(简称熔盐比)。优化KNN陶瓷的烧结温度。研究不同Ta5+掺杂量和Bi2O3-Nd2O3加入量对KNN陶瓷物相、微观形貌和电学性能的影响。研究结果表明:熔盐法制备KNN粉体的合成温度为750℃、保温时间为2 h、熔盐比为1:1;采用无压烧结法制备KNN陶瓷,优化出陶瓷的烧结温度为1120℃,此时陶瓷具有好的压电性能(d33=106 pC/N、Kp=0.24)、较好的介电性能(εr=334.40、tanδ=0.04)和好的铁电性能(Pr=14.76 μC/cm2、Ec=12.86 kV/cm),陶瓷的相变温度分别为194℃和405℃。Ta5+的掺杂可以提高KNN陶瓷的烧结温度和电学性能,同时降低KNN陶瓷的相变温度,优化出Ta5+掺杂量为0.2 mol。在最优烧结温度1160 ℃下制备的(K0.5Na0.5)Nb0.8Ta0.2O3陶瓷具有好的压电性能(d33=134pC/N、Kp=0.32)、较好的介电性能(εr=342.50、tanδ=0.04)和好的铁电性能(Pr=15.79 μC/cm2、Ec=14.15 kV/cm),陶瓷的相变温度分别为138℃和302℃。将 Bi2O3-Nd2O3 加入到(K0.5Na0.5)Nb0.8Ta0.2O3 陶瓷中,Bi2O3-Nd2O3 的加入可以提高陶瓷的介电性能和铁电性能,同时提高了陶瓷的居里温度,优化出其加入量为1 mol%。当Bi2O3-Nd2O3加入量为1 mol%时,陶瓷的具有较好的压电性能(d33=104 pC/N、Kp=0.20)、好的介电性能(εr=434.52、tanδ=0.04)和好的铁电性能(Pr=17.84 μC/cm2、Ec=18.58 kV/cm),陶瓷的相变温度分别为117℃和351℃。
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