铌酸钾钠基压电陶瓷的制备与性能研究

发布时间：2017-09-25 15:02

  本文关键词：铌酸钾钠基压电陶瓷的制备与性能研究

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【摘要】：本文以KOH、NaOH、Nb_2O_5、Sb_2O_3、Ta2O_5、ZnO、MgO为原料,采用水热合成法制备陶瓷粉体,研究A位不同K/Na化学计量比、适量的ZnO和MgO作为烧结助剂对铌酸钾钠基压电陶瓷材料结构与性能的影响规律。采用XRD、SEM分析铌酸钠钾基压电陶瓷的矿物组成以及其显微结构;测试与分析其压电常数、相对介电常数、介质损耗变化规律确定最佳的制备条件。采用水热合成法于200°C,反应24h制备了Sb元素掺杂的铌酸钾钠基陶瓷粉体,经过造粒、压片、烧结,得到相应的陶瓷。Sb元素的取代量为0.05时,具有单一的钙钛矿结构,晶粒形貌良好,颗粒为四方块状,晶粒尺寸在3-4μm之间。陶瓷压电常数随着K加入量的增加呈现先增大后减小的趋势,在K/Na=0.46/0.54处,即K_(0.46)Na_(0.54)Nb_(0.95)Sb_(0.05)O_3的陶瓷具有较高的压电常数。通过对K_(0.46)Na_(0.54)Nb_(0.95)Sb_(0.05)O_3陶瓷水热法合成粉体的反应条件优化及烧结制度的改进,确定了水热反应温度为200°C,反应时间24h,烧结温度为1060°C,保温时间2h时,其性能最佳,压电常数、密度和线性收缩率分别为,d33=73 pC/N、ρ=4.55 g/cm3、D%=0.48。在K_(0.46)Na_(0.54)Nb_(0.95)Sb_(0.05)O_3陶瓷中,研究了助烧剂ZnO和MgO的影响规律,通过正交试验与分析,得到ZnO加入量10 mol%,MgO加入量5 mol%,烧结温度1000°C,保温时间2h条件下,性能最佳,其d33=93 pC/N,εr=354.02,tanδ=0.016,ρ=4.12 g/cm3,D%=2.60。晶相仍为单一的钙钛矿结构,晶粒尺寸在2-3μm之间。采用水热合成法于温度200°C,反应时间24h时制备了Ta元素掺杂的铌酸钾钠基陶瓷粉体,经过造粒、压片、1040°C烧结、保温2h,得到陶瓷试样,经X射线衍射分析,具有单一的钙钛矿结构,且随着Ta元素加入量的增加,结构由正交相向四方相转变,在K0.5Na0.5Nb0.8Ta0.2O3组分下为两相共存状态。调节A位上K/Na的化学计量比,得到K/Na=0.54/0.46,即K_(0.54)Na_(0.46)Nb_(0.8)Ta_(0.2)O_3组分的陶瓷,具有较高的压电常数。陶瓷最佳制备条件为水热合成温度200°C,反应时间24h;最佳烧结温度1060°C,保温时间1h。通过正交试验研究了烧结助剂氧化物对陶瓷的压电常数和介电性能的影响规律,得到K_(0.54)Na_(0.46)Nb_(0.8)Ta_(0.2)O_3陶瓷中ZnO加入量为6 mol%,MgO加入量为5 mol%,烧结温度为1060°C,保温时间为1h时,材料的性能最佳,d33=55 pC/N,εr=336.54,tanδ=0.0148,密度和线性收缩率分别为ρ=4.66 g/cm3和D%=1.29。晶相为单一的钙钛矿结构,正交相和四方相共存,孔隙较小。
【关键词】：水热合成法 铌酸钾钠基 压电性能 取代改性 介电性能
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM282
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 压电陶瓷的发展10-11
• 1.3 含铅压电陶瓷11
• 1.4 研究现状11-12
• 1.5 无铅压电陶瓷12-14
• 1.6 铌酸盐基无铅压电陶瓷14-20
• 1.6.1 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的研究进展15-16
• 1.6.2 制备工艺的改进16-20
• 1.7 压电陶瓷的性能参数20-21
• 1.8 研究目的及内容21-22
• 1.8.1 研究目的21
• 1.8.2 研究内容21-22
• 第二章 实验过程及测试方法22-26
• 2.1 原料22
• 2.2 设备及型号22-23
• 2.3 制备工艺23-24
• 2.4 实验测试分析24-26
• 2.4.1 X射线衍射分析（XRD）24
• 2.4.2 扫描电子显微镜分析（SEM）24-25
• 2.4.3 准静态d33测量仪分析25
• 2.4.4 阻抗分析测试仪分析25
• 2.4.5 密度测试25-26
• 第三章 锑掺杂铌酸钾钠基压电陶瓷的制备及性能研究26-44
• 3.1 Sb元素及K/Na比对铌酸钾钠基陶瓷结构与性能的影响26-31
• 3.1.1 Sb元素取代量对结构的影响26-28
• 3.1.2 K/Na比对结构的影响28-30
• 3.1.3 Sb元素及K/Na比对压电性能的影响30-31
• 3.2 水热合成条件与烧结制度的优化31-34
• 3.2.1 水热合成条件对K_(0.46)Na_(0.5)4Nb_(0.95)Sb_(0.05)O_3陶瓷晶体及性能的影响31-32
• 3.2.2 烧结制度对K_(0.46)Na_(0.5)4Nb_(0.95)Sb_(0.05)O_3陶瓷形貌及性能的影响32-34
• 3.3 烧结助剂对K_(0.46)Na_(0.5)4Nb_(0.95)Sb_(0.05)O_3陶瓷的影响34-42
• 3.3.1 烧结助剂对结构的影响35-37
• 3.3.2 烧结助剂对性能影响的正交试验分析37-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 钽掺杂铌酸钾钠基陶瓷的制备及性能研究44-58
• 4.1 Ta元素及K/Na比对铌酸钾钠基陶瓷结构与性能的影响44-48
• 4.1.1 Ta元素取代量对结构的影响44-46
• 4.1.2 K/Na比对结构的影响46-48
• 4.2 烧结制度与水热合成条件的影响48-51
• 4.2.1 烧结制度对K_bNa_(1-b)Nb_(0.8)Ta_(0.2)O_3陶瓷的影响48-50
• 4.2.2 水热合成条件对K_(0.54)Na_(0.46)Nb_(0.8)Ta_(0.2)O_3陶瓷的影响50-51
• 4.3 烧结助剂的研究51-56
• 4.3.1 烧结助剂对K_(0.54)Na_(0.46)Nb_(0.8)Ta_(0.2)O_3陶瓷结构的影响52-54
• 4.3.2 烧结助剂对K_(0.54)Na_(0.46)Nb_(0.8)Ta_(0.2)O_3性能影响的正交试验分析54-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第五章 结论与展望58-60
• 参考文献60-66
• 致谢66-68
• 附录68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：917990