織構(gòu)化鈮酸鹽系無鉛壓電陶瓷的制備和機(jī)理研究.pdf

1、隨著環(huán)境保護(hù)越來越受到世界各國(guó)的重視，無鉛壓電陶瓷作為一種環(huán)境友好型材料，其研究已成為目前材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。然而，通過摻雜改性方法對(duì)無鉛壓電陶瓷材料性能的提高有限，陶瓷的織構(gòu)化控制是提高無鉛壓電陶瓷性能的有效的方法。很多實(shí)驗(yàn)證明，在某一極化方向擁有高度晶粒取向（高織構(gòu)度）的壓電陶瓷將表現(xiàn)出大幅優(yōu)于非織構(gòu)化陶瓷的電性能。
　　本論文主要采用絲網(wǎng)印刷反應(yīng)模板晶粒生長(zhǎng)（screen-printing reactive template

2、d grain growth，縮寫為Sp-RTGG）技術(shù)，制備了具備<001>擇優(yōu)取向生長(zhǎng)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鈮酸鉀鈉(K,Na)NbO3（KNN）和鎢青銅結(jié)構(gòu)鈮酸鉍鉀 K2BiNb5O15（KBIN）織構(gòu)化陶瓷。論文主要研究了絲網(wǎng)印刷反應(yīng)模板晶粒生長(zhǎng)技術(shù)的工藝過程和原理、模板晶粒的合成、影響陶瓷織構(gòu)度的因素、織構(gòu)化陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)和電性能。論文中主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）總結(jié)出一條有效的絲網(wǎng)印刷反應(yīng)模板晶粒生長(zhǎng)技術(shù)工藝流程，包括：絲網(wǎng)

3、印刷網(wǎng)眼參數(shù)的選擇，印刷漿料的配置，基體粉末的制備，模板晶粒的分散，切片和疊層，排膠工藝，以及陶瓷坯體的致密化方式等。提出了絲網(wǎng)印刷反應(yīng)模板晶粒生長(zhǎng)法制備織構(gòu)化陶瓷的反應(yīng)機(jī)理，其中印刷界面的存在不僅保證了模板晶粒的有效定向，更對(duì)其取向生長(zhǎng)起著重要作用。
　　（2）以鉍層狀結(jié)構(gòu)Bi2.5Na3.5Nb5O18為前驅(qū)體，采用拓?fù)湮⒕е脫Q法合成片狀的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)NaNbO3模板晶粒；采用熔鹽法合成出片狀的K4Nb6O17晶粒，研究了其吸水

4、特性；以 K4Nb6O17為前驅(qū)體通過拓?fù)湮⒕е脫Q反應(yīng)法合成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)片狀的KNN晶粒，并研究了層狀結(jié)構(gòu)的K4Nb6O17通過拓?fù)湮⒕е脫Q反應(yīng)生成KNN晶粒的反應(yīng)機(jī)理；通過熔鹽法制備了柱狀的KBIN晶粒，研究了其中料/鹽比和合成溫度對(duì)晶粒尺寸的影響，給出了KBIN晶粒在熔鹽中的生長(zhǎng)機(jī)理。
　　（3）以10 mol％片狀NaNbO3為模板晶粒，0.5 mol% K4CuNb8O23為燒結(jié)助劑，采用絲網(wǎng)印刷反應(yīng)模板晶粒生長(zhǎng)技術(shù)成功地制

5、備了<001>方向晶粒取向度為95%的織構(gòu)化(K0.45Na0.55)NbO3陶瓷，研究了燒結(jié)溫度和升溫速率對(duì)陶瓷織構(gòu)度的影響；SEM分析結(jié)果表明，織構(gòu)化(K0.45Na0.55)NbO3陶瓷晶粒呈規(guī)則的磚塊狀，并沿著絲網(wǎng)印刷方向定向排列；相比于傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法制備的非取向陶瓷，絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備的(K0.45Na0.55)NbO3織構(gòu)化陶瓷的壓電性能取得明顯提高：在sp(//)面上，介電常數(shù)εr，壓電系數(shù)d33，機(jī)電耦合系數(shù)kp分別提高

6、了75%，44%，42%，在sp(⊥)面上，它們的提高幅度相對(duì)較小，分別為35%，30%，35%，在sp(//)面上的電性質(zhì)明顯優(yōu)于sp(⊥)面。
　　（4）以10 mol%片狀NaNbO3為反應(yīng)模板晶粒，0.5 mol%CuO為燒結(jié)助劑，采用絲網(wǎng)印刷反應(yīng)模板晶粒生長(zhǎng)技術(shù)制備了織構(gòu)度為93%，d33和kp分別高達(dá)138 pC/N和0.54的(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷。研究了模板晶粒隨燒結(jié)溫度升高的生長(zhǎng)過程，以及Ta原子的引