本文關(guān)鍵詞：鈮酸鉀鈉基陶瓷的制備、微結(jié)構(gòu)和壓電物性

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【摘要】：壓電陶瓷被廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)中,用來實(shí)現(xiàn)電學(xué)信號和機(jī)械應(yīng)變之間的轉(zhuǎn)換。特別是以Pb(Zr, Ti)O3(簡稱PZT)陶瓷為代表的鉛基壓電陶瓷,因其優(yōu)異的壓電和介電性能,被廣泛地用來制造各種電子元件和器件。然而,出于對人類健康和環(huán)境保護(hù)的考慮,許多國家已經(jīng)頒布了限制含鉛材料使用的法律法規(guī)。因此,無鉛壓電陶瓷的研究是一項(xiàng)緊迫而有重大現(xiàn)實(shí)意義的任務(wù)。其中,(K，，Na)NbO3(簡稱KNN)陶瓷由于具有較高的居里溫度、較小的溫度依存性以及優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,引起了研究者廣泛的關(guān)注,是一類有望取代傳統(tǒng)鉛基材料而具有重大發(fā)展前景的無鉛壓電材料。近年來,研究者發(fā)現(xiàn)相對密度的提高能夠明顯改善KNN基陶瓷的壓電性能。本課題組利用兩步燒結(jié)的方法制備了(K0.5oNa0.50)NbO3陶瓷和(K0.45Na0.55)0.98Li0.02Nb0.77Ta0.18Sb0.05O3陶瓷,它們的相對密度分別由普通燒結(jié)時(shí)的94.9%和95.8%提高到97.1%和98.2%,陶瓷的d33值分別由125 pC/N和413PC/N提高到143 pC/N和436 pC/N。作者所在的課題組曾對BaTiO3陶瓷的壓電晶粒尺寸效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,發(fā)現(xiàn)利用普通微米級的BaTiO3粉進(jìn)行普通燒結(jié)得到的BaTiO3陶瓷室溫下的壓電常數(shù)d33隨晶粒尺寸的減小而逐漸增大,當(dāng)平均晶粒尺寸為1.2 μm左右時(shí),d33達(dá)到最大值413 pC/N。這一研究成果的發(fā)現(xiàn)為KNN陶瓷晶粒尺寸效應(yīng)的研究提供了一條思路。然而,KNN基陶瓷具有難以燒結(jié)的缺點(diǎn),采用普通燒結(jié)方法制備陶瓷,很難控制陶瓷的晶粒尺寸,并且其相對密度一般達(dá)到95%后難以再提高。在上述的研究背景下,本論文開展了關(guān)于鈮酸鉀鈉基陶瓷的制備、微結(jié)構(gòu)和壓電物性的研究,并對陶瓷的晶粒尺寸效應(yīng)進(jìn)行了深入的探討。具體的研究內(nèi)容、結(jié)果如下：一、利用熱壓燒結(jié)的方法制備了(K0.50Na0.50)NbO3陶瓷,當(dāng)燒結(jié)條件為930℃/2h時(shí),陶瓷的壓電常數(shù)d33由普通燒結(jié)時(shí)的125 pC/N提高到155 pC/N。研究了陶瓷的壓電晶粒尺寸效應(yīng),發(fā)現(xiàn)d33隨著晶粒尺寸的減小而增大,在晶粒尺寸為0.71 μm時(shí)達(dá)到最大值155 pC/N,然后隨著晶粒尺寸的進(jìn)一步減小而減小�？疾炝苏�-四方相變溫度To-T與晶粒尺寸的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)晶粒尺寸越大,To-T越低。二、利用熱壓燒結(jié)的方法制備了(K0.50Na0.50)0.94L10.06NbO3陶瓷,使得陶瓷的d33值由普通燒結(jié)時(shí)的223 pC/N提高到241 pC/N。系統(tǒng)地考察了陶瓷的壓電常數(shù)d33對晶粒尺寸的依賴關(guān)系,發(fā)現(xiàn)d33max隨著晶粒尺寸的增大而增大,在晶粒尺寸為7.6 μm時(shí)達(dá)到最大值243 pC/N,然后隨著晶粒尺寸的進(jìn)一步增大而減小。陶瓷的正交-四方相變溫度TO-T與晶粒尺寸也存在著一定關(guān)系。一般來講,晶粒尺寸越大,ToT越低。對于燒結(jié)溫度較低、保溫時(shí)間較短的(K0.50Na0.50)0.94L10.06NbO3陶瓷樣品,熱處理?xiàng)l件對陶瓷的d33和To-T影響較大。三、研究了制備工藝對KNN基陶瓷壓電物性的影響。利用兩步燒結(jié)的方法制備了(K0.50Na0.50)0.96L10.04Nb0.85Ta0.15O3陶瓷,使得陶瓷的d33由普通燒結(jié)時(shí)的258 pC/N提高到了285 pC/N。考察了陶瓷的剩余極化Pr、矯頑場Ec對晶粒尺寸的依賴關(guān)系,發(fā)現(xiàn)Pr隨著晶粒尺寸的增大而減小,而隨著晶粒尺寸從2.5 μm增加到3 μm,Ec從9.4 kV/cm增加到11.9kV/cm,隨著晶粒尺寸進(jìn)一步增加到4.8 μm,Ec下降到10.7 kV/cm。
【關(guān)鍵詞】：晶粒尺寸效應(yīng) KNN基陶瓷 熱壓燒結(jié) 壓電常數(shù)
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.1
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 符號說明12-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 壓電效應(yīng)和壓電材料13-16
• 1.1.1 壓電效應(yīng)13-14
• 1.1.2 壓電材料14-16
• 1.2 壓電陶瓷材料的研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.1 鉛基壓電陶瓷材料16-17
• 1.2.2 無鉛壓電陶瓷材料17-19
• 1.3 壓電陶瓷的晶粒尺寸效應(yīng)19-20
• 1.4 電子陶瓷的制備工藝20-22
• 1.5 壓電陶瓷相關(guān)性能參數(shù)22-23
• 1.6 本論文思路及內(nèi)容概要23-25
• 第二章 (K_(0.50)Na_(0.50))NbO_3陶瓷的制備、微結(jié)構(gòu)和壓電物性25-37
• 2.1 前言25-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)過程26-27
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論27-35
• 2.4 小結(jié)35-37
• 第三章 (K_(0.50)Na_(0.50))_(0.94)Li_(0.06)NbO_3陶瓷的制備、微結(jié)構(gòu)和壓電物性37-56
• 3.1 前言37
• 3.2 實(shí)驗(yàn)過程37-38
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論38-54
• 3.3.1 (K_(0.50)Na_(0.50))_(0.94)Li_(0.06)NbO_3陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)38-48
• 3.3.2 熱處理?xiàng)l件對(K_(0.50)Na_(0.50))_(0.94)Li_(0.06)NbO_3陶瓷物理性能的影響48-54
• 3.4 小結(jié)54-56
• 第四章 兩步燒結(jié)對(K_(0.50)Na_(0.50))_(0.96)Li_(0.04)Nb_(0.85)Ta_(0.15)O_3陶瓷壓電物性的影響56-68
• 4.1 前言56-57
• 4.2 實(shí)驗(yàn)過程57-58
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論58-67
• 4.4 小結(jié)67-68
• 第五章 總結(jié)與展望68-70
• 5.1 總結(jié)68-69
• 5.2 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 致謝74-75
• 發(fā)表論文及獲獎情況75-76
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表76

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