本文關(guān)鍵詞：堿金屬鈮酸鹽無鉛壓電陶瓷的制備工藝和改性研究

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【摘要】：采用傳統(tǒng)陶瓷制備工藝制備了0.94(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-0.06LiNbO_3無鉛壓電陶瓷,探討了制備工藝尤其是燒結(jié)溫度對(duì)0.94(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-0.06LiNbO_3無鉛壓電陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響。XRD分析結(jié)果表明,在1060~1090℃所研究的燒結(jié)溫度范圍內(nèi),陶瓷為單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu),當(dāng)燒結(jié)溫度為1060℃時(shí),陶瓷為四方相結(jié)構(gòu),當(dāng)燒結(jié)溫度為1070~1090℃時(shí),陶瓷轉(zhuǎn)變?yōu)檎幌嗪退姆较喙泊娴臓顟B(tài)。顯微形貌分析顯示,隨著燒結(jié)溫度的增加,陶瓷的晶粒逐漸增大,當(dāng)燒結(jié)溫度為1080℃時(shí),陶瓷具有最優(yōu)的顯微形貌:晶粒尺寸較為均勻,平均粒度約為10μm。研究還發(fā)現(xiàn),隨著燒結(jié)溫度的增加,陶瓷的居里溫度T_c逐漸升高,在1080℃達(dá)到最大值494℃后開始降低,而壓電常數(shù)d_(33)、平面機(jī)電耦合系數(shù)K_p和厚度機(jī)電耦合系數(shù)K_t先逐漸增大,介電損耗tanδ則先減小,當(dāng)燒結(jié)溫度為1080℃時(shí),表現(xiàn)出最好的電學(xué)性能,d_(33)為208pC/N、K_p為0.39、K_t為0.36、tanδ為0.019。而進(jìn)一步升高燒結(jié)溫度,陶瓷的電學(xué)性能則開始降低。研究了K/Na比的變化對(duì)0.94(K_xNa_(1-x)NbO_3)-0.06LiNbO_3陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響。XRD分析結(jié)果表明,在0.40≤x≤0.60范圍內(nèi),陶瓷為單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu),并且均同時(shí)具有正交對(duì)稱性和四方對(duì)稱性,隨著x的增加,四方相含量逐漸減少,正交相含量逐漸增多。顯微形貌分析顯示,隨著x的增加,陶瓷的晶粒先逐漸增大,至x=0.50時(shí)晶粒最大,之后x的增加導(dǎo)致晶粒逐漸減小。隨著x的增加,陶瓷的居里溫度T_c總體向高溫方向移動(dòng),集中在465~494℃之間,而壓電常數(shù)d_(33)、平面機(jī)電耦合系數(shù)K_p和厚度機(jī)電耦合系數(shù)K_t均先增大后減小,當(dāng)x=0.45時(shí),具有最優(yōu)的壓電性能,d_(33)、K_p和K_t分別為235pC/N、0.42和0.39。研究了添加過量的Na對(duì)0.94(K_(0.5)Na_(0.5+x)NbO_3)-0.06LiNbO_3陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響。XRD分析結(jié)果表明,在所研究的范圍內(nèi)(0≤x≤0.02),陶瓷具有正交相和四方相共存的結(jié)構(gòu),隨著x的增加,四方相成分減弱,正交相成分增強(qiáng)。顯微形貌分析顯示,陶瓷的晶粒隨著x的增加先減小后增大。隨著x的增加,陶瓷的居里溫度T_c總體向低溫方向移動(dòng),集中在477~494℃之間,而陶瓷的壓電常數(shù)d_(33)、平面機(jī)電耦合系數(shù)K_p、厚度機(jī)電耦合系數(shù)K_t和相對(duì)介電常數(shù)ε_(tái)r逐漸增大,當(dāng)x=0.01時(shí),陶瓷具有最佳的電學(xué)性能,d_(33)為255pC/N,K_p為0.46,K_t為0.42和ε_(tái)r為850,但隨著x的進(jìn)一步增加,陶瓷的電學(xué)性能開始減小。研究了燒結(jié)助劑ZnO的添加對(duì)0.94(K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3)-0.06LiNbO_3-xZnO陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響。XRD分析結(jié)果表明,在以質(zhì)量百分比摻雜范圍內(nèi)(0≤x≤0.01),陶瓷均能形成單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu),當(dāng)x≤0.005時(shí),陶瓷屬于正交相和四方相共存,而x≥0.0075時(shí),陶瓷轉(zhuǎn)變?yōu)閱我坏恼幌�。顯微形貌分析顯示,隨著x的增加,陶瓷的晶粒先減小后增大。隨著x的增加,陶瓷的正交-四方相轉(zhuǎn)變溫度To-t總體向高溫方向移動(dòng),居里溫度T_c總體向低溫方向移動(dòng),集中在470~494℃之間,而陶瓷的壓電常數(shù)d_(33)、平面機(jī)電耦合系數(shù)K_p和厚度機(jī)電耦合系數(shù)K_t整體為減小的趨勢(shì)。添加ZnO后,在x=0.005時(shí),陶瓷的壓電性能達(dá)到最大值,d_(33)、K_p和K_t分別為194 pC/N、0.31和0.30。
【關(guān)鍵詞】：無鉛壓電陶瓷 KNN 鈣鈦礦 壓電性能
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ174.6
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第一章 緒論9-27
• 1.1 壓電材料概述9-13
• 1.1.1 壓電效應(yīng)及壓電材料9-10
• 1.1.2 壓電陶瓷與鐵電性10-11
• 1.1.3 壓電陶瓷的主要應(yīng)用11-13
• 1.2 壓電陶瓷的無鉛化需求13-14
• 1.3 無鉛壓電陶瓷的分類14-20
• 1.3.1 鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷14-15
• 1.3.2 鎢青銅結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷15
• 1.3.3 鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷15-17
• 1.3.4 鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷17
• 1.3.5 鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷17-20
• 1.4 KNN基無鉛壓電陶瓷的改性研究進(jìn)展20-25
• 1.4.1 成分調(diào)控改性20-23
• 1.4.2 制備工藝改性23-25
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容及意義25-27
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法27-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料與規(guī)格27
• 2.2 樣品制備方法27-29
• 2.2.1 配料27-28
• 2.2.2 混合28
• 2.2.3 預(yù)燒28
• 2.2.4 成型28-29
• 2.2.5 排膠29
• 2.2.6 燒結(jié)29
• 2.3 樣品的結(jié)構(gòu)分析29
• 2.4 樣品的表面形貌分析29
• 2.5 樣品的電學(xué)性能測(cè)試方法29-33
• 2.5.1 介電溫譜曲線29-30
• 2.5.2 壓電陶瓷的極化30
• 2.5.3 壓電常數(shù)d_(33)的測(cè)試30
• 2.5.4 介電常數(shù)ε_(tái)r和介電損耗tanδ 的測(cè)試30
• 2.5.5 阻抗測(cè)試30-33
• 第三章 堿金屬鈮酸鹽無鉛壓電陶瓷制備工藝的研究33-41
• 3.1 燒結(jié)溫度對(duì)KNN-LN陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)的影響33
• 3.2 燒結(jié)溫度對(duì)KNN-LN陶瓷的介溫性能的影響33-36
• 3.3 燒結(jié)溫度對(duì)KNN-LN陶瓷的顯微形貌的影響36
• 3.4 燒結(jié)溫度對(duì)KNN-LN陶瓷的電學(xué)性能的影響36-38
• 3.5 本章小節(jié)38-41
• 第四章 堿金屬鈮酸鹽無鉛壓電陶瓷的改性研究41-65
• 4.1 K/Na比對(duì)KNN-LN陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響41-49
• 4.1.1 K_xN_(1-x)N-LN陶瓷的顯微形貌42
• 4.1.2 K_xN_(1-x)N-LN陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)42
• 4.1.3 K_xN_(1-x)N-LN陶瓷的介溫性能42-46
• 4.1.4 K_xN_(1-x)N-LN陶瓷的電學(xué)性能46-49
• 4.2 Na過量對(duì)KNN-LN陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響49-56
• 4.2.1 KN_xN-LN陶瓷的顯微形貌49-50
• 4.2.2 KN_xN-LN陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)50-52
• 4.2.3 KN_xN-LN陶瓷的介溫性能52-53
• 4.2.4 KN_xN-LN陶瓷的電學(xué)性能53-56
• 4.3 ZnO對(duì)KNN-LN陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響56-63
• 4.3.1 KNN-LN-xZnO陶瓷的顯微形貌56-57
• 4.3.2 KNN-LN-xZnO陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)57-59
• 4.3.3 KNN-LN-xZnO陶瓷的介溫性能59-60
• 4.3.4 KNN-LN-xZnO陶瓷的電學(xué)性能60-63
• 4.5 本章小節(jié)63-65
• 第五章 結(jié)論65-67
• 參考文獻(xiàn)67-75
• 致謝75-77
• 碩士期間發(fā)表論文77

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