低損耗高性能KNN基無鉛壓電陶瓷的制備與性能研究.pdf

1、壓電陶瓷是一類極其重要的電子信息功能陶瓷，已得到人類的廣泛應(yīng)用。隨著人類對環(huán)保意識的深入及可持續(xù)發(fā)展的需要，壓電陶瓷的無鉛化成為全社會關(guān)注的焦點。因此，研究高性能的環(huán)境友好型壓電材料及其制品是目前電子元器件行業(yè)的一項緊迫任務(wù)，具有重大的現(xiàn)實意義。
　　在無鉛壓電陶瓷材料體系中，KNN基壓電陶瓷被認(rèn)為是最具有實用化前景的陶瓷體系之一。目前，對于KNN基無鉛壓電陶瓷的研究重點主要集中在傳統(tǒng)工藝上的各種取代及摻雜改性上。比如：LiSbO

2、3(LS)作為一種非鐵電性助熔劑，能很好地改善KNN陶瓷的燒結(jié)特性，并提高其壓電性能，同時也引起陶瓷體矯頑場和介電損耗的增加；另一方面，居里溫度高、鐵電性強(qiáng)的BiFeO3(BF)也被作為添加劑改性KNN陶瓷，但由于BF本身高的矯頑強(qiáng)以及Fe2+、Fe3+共存引起大的漏電流給改性后的KNN陶瓷的極化帶來一定的困難。鑒于此，本文通過加入少量Mn希望能改善此類陶瓷的極化特性，獲得低介電損耗、高壓電性能的KNN基無鉛壓電陶瓷，并對其燒結(jié)工藝、相

3、結(jié)構(gòu)、微觀組織與壓電、介電性能之間的關(guān)系進(jìn)行了綜合研究。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新之處如下：
　　首先，系統(tǒng)研究了KNN-LS4.5陶瓷的合成和燒結(jié)工藝與其材料結(jié)構(gòu)、微觀組織、介電壓電性能的關(guān)系，確定了本論文實驗合適的工藝路線：煅燒溫度為880℃左右，成型力為150MPa，升溫速率為為4℃/min，燒成溫度為1090℃。
　　其次，系統(tǒng)研究了鐵電/鐵磁性復(fù)合材料Bi(Fe1-xMnx)O3摻雜改性上述陶瓷材料，即(95.5-y) a

4、t.％(Na0.5K0.5)NbO3-4.5 at.%LiSbO3-y at.%Bi(Fe1-xMnx)O3新型無鉛壓電陶瓷材料，研究了不同F(xiàn)e/Mn比、不同Bi(Fe1-xMnx)O3摻雜量及其燒結(jié)工藝對陶瓷結(jié)構(gòu)、微觀組織、壓電介電性能的影響。實驗結(jié)果表明，當(dāng)Bi(Fe1-xMnx)O3摻雜量為0.4 at.%、Fe/Mn比為1：1時，陶瓷樣品性能達(dá)到最優(yōu)值：d33=280pC/N，tanδ=1.63%，kp=52.5%，Qm=64.

5、5，Tc=345℃，To-t=50℃，Pr=21.5μC/cm2，Ec=9.5kV/cm。
　　第三，研究了不同K、Na比的KsNtN-LS4.5-0.004BF5M5無鉛壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)、微觀組織、壓電與介電性能的影響。實驗結(jié)果表明，s/t≤1時能促進(jìn)晶粒生長發(fā)育。當(dāng) s/t=45：55時，晶粒沿(100)面擇優(yōu)生長，并能有效提高陶瓷壓電性能和機(jī)電耦合系數(shù)：d33=316pC/N、kp=0.543。
　　最后，本文還制備了K