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基于对人类环境的保护和发展环境友好材料与电子产品的要求,近年来开展了无铅压电陶瓷的研究与开发。已有研究表明(Na<,0.5>K<,0.5>)WbO<,3>基无铅压电陶瓷具有较好的压电、介电性能,很有希望成为代替某些铅基压电陶瓷的首选材料。
本文在目前无铅压电陶瓷材料研究的基础上,进行了Ta、Li固溶改性铌酸钾钠无铅压电陶瓷(LNKNT)的制备和性质的研究,考察了A位和B位元素取代以及制备工艺对LNKNT陶瓷结构、介电和压电性能的影响,并在此基础上进行无铅压电陶瓷器件生产的初步尝试。
本文首先研究了(1-x)(Na<,0.5>,K<,0.5>)NbO<,3-x>LiNbO<,3>二元体系,改变样品A位Li含量,以寻找电性能最好的配方。然后在前述配方的基础上对B位元素进行Ta取代改性研究。XRD分析表明,Li、Ta对A位、B位元素的分别取代,都使得材料的相结构发生改变,在相变温度附近出现两相共存的情况。Li、Ta的适当取代使材料的晶粒细化。当Li=0.04mol%、Ta=0.17mol%时,LNKNT陶瓷具有优异的性能,d<,33>、k<,p>、ε<,r>分别为235pC/N、49.6%、1262.2。我们还研究了A位K组分的改变对LNKNT陶瓷结构和性能的影响,结果表明,K对材料低温相变弛豫程度影响较大,在化学配比Na/K=1以外也获得具有优异性能的配方(Li<,0.04>Na<,0.56>K<,0.40>)(Nb<,0.83>Ta<,0.17>)O<,3>,其主要性能为:d<,33>=245pC/N,kp=46.6%,ε<,r>=1282.4。同时研究了LNKNT陶瓷的制备工艺对材料性能的影响。结果表明,Na、K在预烧和烧结时都有不同程度的挥发,材料受烧结环境的影响较大。材料性能对烧结温度的变化敏感,而保温一小时即可获得较好的性能。对LNKNT陶瓷的极化条件研究发现,在120~130℃的硅油中,稳定极化电场为2.5~3kV/cm,并保压30min左右即可使陶瓷样品充分极化。
在电子陶瓷企业中对LNKNT无铅压电陶瓷蜂鸣器的生产进行了初步尝试,陶瓷薄片采用轧膜法生产,并装配成蜂鸣器单片和蜂鸣器。测试结果表明,LNKNT无铅压电陶瓷蜂鸣器的性能达到工业应用要求。