鈮酸鈉鉀基無鉛壓電陶瓷的制備與性能研究.pdf

1、本文采用溶膠-凝膠法制備了(Na0.474K0.474Li0.052)Nb0.948S b0.052O3(簡稱0.948KNN-0.052LS或KNN-LS)粉體并燒結(jié)成瓷，并研究微調(diào)K、Na的過剩量以及Cu、Zn復(fù)合燒結(jié)助劑的摻量對KNN-LS無鉛壓電陶瓷結(jié)構(gòu)性能規(guī)律的影響。
　　研究采用溶膠-凝膠法制備KNN-LS前驅(qū)體溶膠時(shí)的最佳PH，最合適絡(luò)合劑及草酸、乙二醇、聚乙二醇的最佳用量比，發(fā)現(xiàn)草酸比檸檬酸在絡(luò)合Sb離子時(shí)更有優(yōu)勢

2、，調(diào)節(jié)PH介于2.5-3.0，聚乙二醇加入量為1wt％時(shí)，草酸與鈮的摩爾比為3∶1，草酸與乙二醇的摩爾量比為1∶2時(shí)，陶瓷樣品各項(xiàng)性能最佳。
　　在此基礎(chǔ)上采用溶膠-凝膠法制備了KNN-LS壓電陶瓷，確定其最佳燒結(jié)溫度為1030℃。并添加過量K、Na元素于KNNLS壓電陶瓷，即制備(Na0.474K0.474Li0.052)Nb0.94aSb0.052O3-xNa2CO3,(Na0.474K0.474Li0.052)Nb0.948

3、Sb0.052O3-yK2CO3（簡稱KNNLS-xNa2CO3、KNNLS-yK2CO3），研究過量K、Na的添加對其壓電（壓電應(yīng)變常數(shù)d33和機(jī)電耦合系數(shù)Kp等）和介電性能（介電常數(shù)和介電損耗等）的影響規(guī)律，并確定最佳過剩量。
　　隨著Na過剩量的增多，KNNLS陶瓷的XRD衍射峰強(qiáng)度出現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的現(xiàn)象，其相結(jié)構(gòu)出現(xiàn)從四方相向正交相轉(zhuǎn)變的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，且壓電常數(shù)d33、介電常數(shù)εr均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，介電損耗先減小后增大

4、;當(dāng)Na的過剩量為2mol％時(shí)衍射峰最尖銳，其壓電常數(shù)d33達(dá)到最大98.1 pC/N，εr達(dá)到最大609(f=1KHz)，tanδ達(dá)到最小0.0715(f=1KHz)。
　　隨著K過剩量的增加，沒有明顯的相轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)特征，其壓電常數(shù)d33、介電常數(shù)εr呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，介電損耗呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢;當(dāng)K的過剩量為1mol％時(shí)衍射峰最尖銳，其d33達(dá)到最大95.5pC/N，εr為最大613(f=1KHz)，tanδ為最小0.

5、1193(f=1 KHz)。這說明過量Na、K的摻入補(bǔ)償了其揮發(fā)，一定程度上改善了材料的性能。
　　添加少量Cu、Zn復(fù)合助燒劑后，KNNLS-0.02Na2CO3從單一相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)發(fā)展成有第二相的K4CuNb8O22結(jié)構(gòu)，隨著Cu、Zn的添加量的增加，其XRD圖譜的衍射峰位置向小角度偏移，說明其晶面間距增大。同時(shí)SEM照片顯示其晶粒尺寸逐漸趨于均勻，大小一致，且晶粒尺寸逐漸增大。在燒結(jié)溫度為850℃、Cu、Zn添加量分別達(dá)到0.

6、6mol％和0.5mol％時(shí)，陶瓷試樣壓電常數(shù)達(dá)到最大140pC/N，同時(shí)試樣密度此時(shí)達(dá)到最大。
　　采用正交試驗(yàn)分析Cu、Zn復(fù)摻的KNNLS-0.02Na2CO3無鉛壓電陶瓷的各項(xiàng)性能，其d33、εr、tanδ最優(yōu)方案的因素水平均為A3B3C2，對應(yīng)D9組試樣的因素水平，即在燒結(jié)溫度為850℃、Cu、Zn添加量分別達(dá)到0.6mol％和0.5mol％時(shí)，Cu、Zn復(fù)摻的KNNLS-0.02Na2CO3無鉛壓電陶瓷的各項(xiàng)性能達(dá)到最