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面对铅基材料广泛应用带来的环境污染问题,新型环境友好的压铁电陶瓷材料的研发成为世界各国面临的紧迫任务之一,寻找环保兼具高性能的陶瓷材料已成为各国材料研究人员的共同目标。
KNbO3(简称KN)和NaNbO3(简称NN)具有良好的介电和压电性能,被认为有望替代铅基陶瓷应用于电子器件。但是由于KN和NN这两种物质都含有高温下极易挥发的K、Na元素,因而用传统方法难以制备出高密度陶瓷,影响了其器件应用。本文采用熔盐工艺制备高密度KN和NN无铅压电陶瓷,研究了熔盐量和合成温度对粉体形貌及陶瓷体致密度和性能的影响,探讨了熔盐法高温液相合成机制。
对于KN陶瓷,以分析纯K2CO3和Nb2O5为反应物,KCl为熔盐,在600℃成功合成纯钙钛矿结构KN无铅陶瓷粉体,探寻了制备过程中影响粉体颗粒大小和形貌的工艺参数,并对影响机理进行了探讨。结果表明,与传统固相法相比,熔盐法合成温度显著降低且颗粒平均粒径明显减小,并且随着熔盐量的增加,形貌发生巨大变化,合成了形貌规则的单晶纳米块状粉体。纳米块具有很强的烧结活性,以其为前驱体烧结成不易潮解的陶瓷,相对密度达到97%以上。进一步研究了细晶陶瓷样品的结构与性能关系,并探讨了压电性能的温度稳定性。
对于NN陶瓷,以Na2CO3和Nb2O5为反应物,NaCl为熔盐,在500℃煅烧,成功合成纯钙钛矿结构NaNbO3无铅陶瓷超细粉体,研究了不同熔盐量对粉体形貌的影响,探讨了熔盐法合成KNbO3与NaNbO3粉体的共性与差异。采用熔盐法制备的KN和NN的生成机制均为模板机制,因而所得到的KN和NN颗粒形貌都与反应物Nb2O5的形貌相似,为立方块状;但是,由于相同温度下熔盐KCl的粘度小于NaCl的粘度,导致所得到的KN颗粒尺寸大于NN颗粒尺寸。由于K元素与Na元素的离子半径、电负性及电子排布等元素特性不同,导致烧结制备的KN和NN陶瓷在微观形貌和电学性能上有很大差别。NN陶瓷的烧结温区比较宽,所得到的陶瓷相对密度可高达到97%,通过热蚀处理,确定陶瓷内部晶粒形貌并研究了陶瓷的介电性能。