铌酸钾钠基陶瓷的制备、微结构和压电物性

发布时间：2017-09-07 02:40

  本文关键词：铌酸钾钠基陶瓷的制备、微结构和压电物性

  更多相关文章： 晶粒尺寸效应 KNN基陶瓷 热压烧结 压电常数

【摘要】：压电陶瓷被广泛地应用在现代工业中,用来实现电学信号和机械应变之间的转换。特别是以Pb(Zr, Ti)O3(简称PZT)陶瓷为代表的铅基压电陶瓷,因其优异的压电和介电性能,被广泛地用来制造各种电子元件和器件。然而,出于对人类健康和环境保护的考虑,许多国家已经颁布了限制含铅材料使用的法律法规。因此,无铅压电陶瓷的研究是一项紧迫而有重大现实意义的任务。其中,(K，，Na)NbO3(简称KNN)陶瓷由于具有较高的居里温度、较小的温度依存性以及优异的热稳定性,引起了研究者广泛的关注,是一类有望取代传统铅基材料而具有重大发展前景的无铅压电材料。近年来,研究者发现相对密度的提高能够明显改善KNN基陶瓷的压电性能。本课题组利用两步烧结的方法制备了(K0.5oNa0.50)NbO3陶瓷和(K0.45Na0.55)0.98Li0.02Nb0.77Ta0.18Sb0.05O3陶瓷,它们的相对密度分别由普通烧结时的94.9%和95.8%提高到97.1%和98.2%,陶瓷的d33值分别由125 pC/N和413PC/N提高到143 pC/N和436 pC/N。作者所在的课题组曾对BaTiO3陶瓷的压电晶粒尺寸效应进行了系统的研究,发现利用普通微米级的BaTiO3粉进行普通烧结得到的BaTiO3陶瓷室温下的压电常数d33随晶粒尺寸的减小而逐渐增大,当平均晶粒尺寸为1.2 μm左右时,d33达到最大值413 pC/N。这一研究成果的发现为KNN陶瓷晶粒尺寸效应的研究提供了一条思路。然而,KNN基陶瓷具有难以烧结的缺点,采用普通烧结方法制备陶瓷,很难控制陶瓷的晶粒尺寸,并且其相对密度一般达到95%后难以再提高。在上述的研究背景下,本论文开展了关于铌酸钾钠基陶瓷的制备、微结构和压电物性的研究,并对陶瓷的晶粒尺寸效应进行了深入的探讨。具体的研究内容、结果如下：一、利用热压烧结的方法制备了(K0.50Na0.50)NbO3陶瓷,当烧结条件为930℃/2h时,陶瓷的压电常数d33由普通烧结时的125 pC/N提高到155 pC/N。研究了陶瓷的压电晶粒尺寸效应,发现d33随着晶粒尺寸的减小而增大,在晶粒尺寸为0.71 μm时达到最大值155 pC/N,然后随着晶粒尺寸的进一步减小而减小。考察了正交-四方相变温度To-T与晶粒尺寸的关系,发现晶粒尺寸越大,To-T越低。二、利用热压烧结的方法制备了(K0.50Na0.50)0.94L10.06NbO3陶瓷,使得陶瓷的d33值由普通烧结时的223 pC/N提高到241 pC/N。系统地考察了陶瓷的压电常数d33对晶粒尺寸的依赖关系,发现d33max随着晶粒尺寸的增大而增大,在晶粒尺寸为7.6 μm时达到最大值243 pC/N,然后随着晶粒尺寸的进一步增大而减小。陶瓷的正交-四方相变温度TO-T与晶粒尺寸也存在着一定关系。一般来讲,晶粒尺寸越大,ToT越低。对于烧结温度较低、保温时间较短的(K0.50Na0.50)0.94L10.06NbO3陶瓷样品,热处理条件对陶瓷的d33和To-T影响较大。三、研究了制备工艺对KNN基陶瓷压电物性的影响。利用两步烧结的方法制备了(K0.50Na0.50)0.96L10.04Nb0.85Ta0.15O3陶瓷,使得陶瓷的d33由普通烧结时的258 pC/N提高到了285 pC/N。考察了陶瓷的剩余极化Pr、矫顽场Ec对晶粒尺寸的依赖关系,发现Pr随着晶粒尺寸的增大而减小,而随着晶粒尺寸从2.5 μm增加到3 μm,Ec从9.4 kV/cm增加到11.9kV/cm,随着晶粒尺寸进一步增加到4.8 μm,Ec下降到10.7 kV/cm。
【关键词】：晶粒尺寸效应 KNN基陶瓷 热压烧结 压电常数
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 符号说明12-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 压电效应和压电材料13-16
• 1.1.1 压电效应13-14
• 1.1.2 压电材料14-16
• 1.2 压电陶瓷材料的研究现状16-19
• 1.2.1 铅基压电陶瓷材料16-17
• 1.2.2 无铅压电陶瓷材料17-19
• 1.3 压电陶瓷的晶粒尺寸效应19-20
• 1.4 电子陶瓷的制备工艺20-22
• 1.5 压电陶瓷相关性能参数22-23
• 1.6 本论文思路及内容概要23-25
• 第二章 (K_(0.50)Na_(0.50))NbO_3陶瓷的制备、微结构和压电物性25-37
• 2.1 前言25-26
• 2.2 实验过程26-27
• 2.3 实验结果分析与讨论27-35
• 2.4 小结35-37
• 第三章 (K_(0.50)Na_(0.50))_(0.94)Li_(0.06)NbO_3陶瓷的制备、微结构和压电物性37-56
• 3.1 前言37
• 3.2 实验过程37-38
• 3.3 实验结果分析与讨论38-54
• 3.3.1 (K_(0.50)Na_(0.50))_(0.94)Li_(0.06)NbO_3陶瓷的微观结构和物理性质38-48
• 3.3.2 热处理条件对(K_(0.50)Na_(0.50))_(0.94)Li_(0.06)NbO_3陶瓷物理性能的影响48-54
• 3.4 小结54-56
• 第四章 两步烧结对(K_(0.50)Na_(0.50))_(0.96)Li_(0.04)Nb_(0.85)Ta_(0.15)O_3陶瓷压电物性的影响56-68
• 4.1 前言56-57
• 4.2 实验过程57-58
• 4.3 实验结果分析与讨论58-67
• 4.4 小结67-68
• 第五章 总结与展望68-70
• 5.1 总结68-69
• 5.2 展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 发表论文及获奖情况75-76
• 学位论文评阅及答辩情况表76

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本文编号：806942