鈮酸鉀鈉基陶瓷的制備、微結(jié)構(gòu)和壓電物性.pdf

1、壓電陶瓷被廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)中，用來(lái)實(shí)現(xiàn)電學(xué)信號(hào)和機(jī)械應(yīng)變之間的轉(zhuǎn)換。特別是以Pb(Zr，Ti)O3(簡(jiǎn)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(lái)制造各種電子元件和器件。然而，出于對(duì)人類健康和環(huán)境保護(hù)的考慮，許多國(guó)家已經(jīng)頒布了限制含鉛材料使用的法律法規(guī)。因此，無(wú)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(jiǎn)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

2、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(wú)鉛壓電材料。
　　近年來(lái)，研究者發(fā)現(xiàn)相對(duì)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(K0.50Na0.50)NbO3陶瓷和(K0.45Na0.55)0.98Li0.02Nb0.77Ta0.18Sb005O3陶瓷，它們的相對(duì)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

3、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(duì)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(jí)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1.2μm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

4、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(duì)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(duì)陶瓷的晶粒尺寸效應(yīng)進(jìn)行了深入的探討。具體的研究?jī)?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

5、。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0.7μm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。考察了正交-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)0.94Li0.06NbO3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)d3

6、3對(duì)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7.6μm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TOT與晶粒尺寸也存在著一定關(guān)系。一般來(lái)講，晶粒尺寸越大，TO-T越低。對(duì)于燒結(jié)溫度較低、保溫時(shí)間較短的(K0.50Na0.50)0.94Li0.06NbO3陶瓷樣品，熱處理?xiàng)l件對(duì)陶瓷的d33和TO-T影響較大。
　　三、研究了制備工藝對(duì)KNN基陶瓷壓電物