本文關(guān)鍵詞：鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的制備及其性能研究

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【摘要】：鈮酸鉀鈉(K0.5Na0.5NbO3,簡稱KNN)基無鉛壓電陶瓷因其良好的性能、較高的居里溫度、優(yōu)越的環(huán)境協(xié)調(diào)性被認為是取代鉛基壓電陶瓷最好的候選材料之一。然而其壓電性能與鉛基材料相比還是存在著一定的差距。本文從改善陶瓷制備工藝、添加第二組元調(diào)控材料的晶體結(jié)構(gòu)兩方面來改善KNN基無鉛壓電陶瓷的壓電性能。主要研究內(nèi)容如下：首先以具有片狀形貌的K0.5Na0.5NbO3(KNN)為模板,以摻雜改性的K0.5Na0.5NbO3(KNN)為基料粉體,通過流延成型技術(shù)制備出KNN基無鉛壓電陶瓷。研究了有機添加劑含量對流延成型的影響以及燒結(jié)溫度、保溫時間、燒結(jié)次數(shù)、模板含量對織構(gòu)化KNNLST-BZ陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)、壓電性能的影響。研究結(jié)果表明：當(dāng)陶瓷粉體為55 wt%(模板含量占20wt%),溶劑(乙醇+丁酮)為45wt%,分散劑(三乙醇胺)為2.0wt%,粘結(jié)劑(聚乙烯醇縮丁醛)為3.Owt%,塑化劑(鄰苯二甲酸二丁酯)為4.0wt%時,可配制出均勻穩(wěn)定的流延漿料,并獲得質(zhì)量較好的流延膜片。所制備的織構(gòu)化KNNLST-BZ陶瓷在1145℃下保溫2h呈現(xiàn)出優(yōu)異的性能：壓電常數(shù)d33=204pC/N,橫向機電耦合系數(shù)k31=23%,介電損耗tanδ=6.35%,機械品質(zhì)因數(shù)Qm=19.64,介電常數(shù)εT33/ε0=611.6,橫向伸縮振動頻率常數(shù)N1=1807,剩余極化強度Pr=26μC/cm2,矯頑場Ec=1.0kV/mm。將織構(gòu)化KNNLST-BZ陶瓷在1145℃下重復(fù)燒結(jié)2次后,可獲得更優(yōu)的壓電性能：d33=248pC/N,k31=33%, tanδ=6.38%, Qm=16.76,εT33/ε0=913.7 1.2kV/mm.研究不同模板含量對織構(gòu)化陶瓷性能的影響后得出：在1150℃下保溫2h的織構(gòu)化KNNLST-BZ的陶瓷其d33和k31均隨著模板含量的增加而呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,當(dāng)模板含量為10%時達到最大值,其值d33為286pC/N,k31為26%。其次采用固相法制備出(1-x)(K0.49Na0.51)(Nb0.95Sb0.05)O3-xBi0.5(Na0.82K 0.08)0.5ZrO3[(1-x)KNNS-xBNKZ, x=0～0.05]無鉛壓電陶瓷,研究不同BNKZ的添加量對陶瓷的晶相組成、顯微結(jié)構(gòu)和壓電性能的影響。研究結(jié)果表明：當(dāng)BNKZ的添加量在0.02≤x≤0.03的范圍時,陶瓷樣品存在正交-四方兩相共存結(jié)構(gòu)；x=0.04時陶瓷結(jié)構(gòu)存在著正交-四方-菱方三相共存區(qū)；x=0.05時陶瓷已轉(zhuǎn)變?yōu)榱夥较嘟Y(jié)構(gòu)。在最佳燒結(jié)溫度1110℃下保溫3h的KNNS-BNKZ陶瓷致密度較高,晶粒生長發(fā)育良好。BNKZ能夠起到抑制晶粒生長的作用,x=0.04時,陶瓷樣品的平均晶粒尺寸為4-61μm左右,當(dāng)x增加到0.05時,陶瓷的晶粒則減小到1μm左右。陶瓷樣品的壓電常數(shù)d33隨著x值的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,在x=0.04時陶瓷具有較高的壓電性能：d33=420pC/N,kp=38%,Qm=27, εT33/ε0=2249, tanδ=3.56%, Pr=20 μC/cm2, Ec=0.9kV/mm。介電溫譜結(jié)果表明：BNKZ的添加能夠使陶瓷的Tc、To-T均逐漸降低,當(dāng)x=0.04時,TC=215℃, To-T已降低至室溫附近。
【學(xué)位授予單位】：景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM282

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本文編號：1170592