铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备及其性能研究

发布时间：2017-11-11 08:25

  本文关键词：铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备及其性能研究

  更多相关文章： 铌酸钾钠 无铅压电陶瓷 流延工艺 掺杂改性 压电性能

【摘要】：铌酸钾钠(K0.5Na0.5NbO3,简称KNN)基无铅压电陶瓷因其良好的性能、较高的居里温度、优越的环境协调性被认为是取代铅基压电陶瓷最好的候选材料之一。然而其压电性能与铅基材料相比还是存在着一定的差距。本文从改善陶瓷制备工艺、添加第二组元调控材料的晶体结构两方面来改善KNN基无铅压电陶瓷的压电性能。主要研究内容如下：首先以具有片状形貌的K0.5Na0.5NbO3(KNN)为模板,以掺杂改性的K0.5Na0.5NbO3(KNN)为基料粉体,通过流延成型技术制备出KNN基无铅压电陶瓷。研究了有机添加剂含量对流延成型的影响以及烧结温度、保温时间、烧结次数、模板含量对织构化KNNLST-BZ陶瓷的显微结构、压电性能的影响。研究结果表明：当陶瓷粉体为55 wt%(模板含量占20wt%),溶剂(乙醇+丁酮)为45wt%,分散剂(三乙醇胺)为2.0wt%,粘结剂(聚乙烯醇缩丁醛)为3.Owt%,塑化剂(邻苯二甲酸二丁酯)为4.0wt%时,可配制出均匀稳定的流延浆料,并获得质量较好的流延膜片。所制备的织构化KNNLST-BZ陶瓷在1145℃下保温2h呈现出优异的性能：压电常数d33=204pC/N,横向机电耦合系数k31=23%,介电损耗tanδ=6.35%,机械品质因数Qm=19.64,介电常数εT33/ε0=611.6,横向伸缩振动频率常数N1=1807,剩余极化强度Pr=26μC/cm2,矫顽场Ec=1.0kV/mm。将织构化KNNLST-BZ陶瓷在1145℃下重复烧结2次后,可获得更优的压电性能：d33=248pC/N,k31=33%, tanδ=6.38%, Qm=16.76,εT33/ε0=913.7 1.2kV/mm.研究不同模板含量对织构化陶瓷性能的影响后得出：在1150℃下保温2h的织构化KNNLST-BZ的陶瓷其d33和k31均随着模板含量的增加而呈现出先增大后减小的趋势,当模板含量为10%时达到最大值,其值d33为286pC/N,k31为26%。其次采用固相法制备出(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]无铅压电陶瓷,研究不同BNKZ的添加量对陶瓷的晶相组成、显微结构和压电性能的影响。研究结果表明：当BNKZ的添加量在0.02≤x≤0.03的范围时,陶瓷样品存在正交-四方两相共存结构；x=0.04时陶瓷结构存在着正交-四方-菱方三相共存区；x=0.05时陶瓷已转变为菱方相结构。在最佳烧结温度1110℃下保温3h的KNNS-BNKZ陶瓷致密度较高,晶粒生长发育良好。BNKZ能够起到抑制晶粒生长的作用,x=0.04时,陶瓷样品的平均晶粒尺寸为4-61μm左右,当x增加到0.05时,陶瓷的晶粒则减小到1μm左右。陶瓷样品的压电常数d33随着x值的增加呈现出先增大后减小的趋势,在x=0.04时陶瓷具有较高的压电性能：d33=420pC/N,kp=38%,Qm=27, εT33/ε0=2249, tanδ=3.56%, Pr=20 μC/cm2, Ec=0.9kV/mm。介电温谱结果表明：BNKZ的添加能够使陶瓷的Tc、To-T均逐渐降低,当x=0.04时,TC=215℃, To-T已降低至室温附近。
【学位授予单位】：景德镇陶瓷学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM282

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本文编号：1170592