铌酸钾锂陶瓷的放电等离子烧结与介电性能研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要作为一类无铅的环境友好型功能材料，铌酸钾锂(KLN)表现出优异的介电和压电性能，具有重要的研究意义与应用价值。论文以KLN陶瓷靶材的制备、结构控制与介电性能研究为目标，采用放电等离子烧结技术(SPS)制备高致密度、纯相的KLN陶瓷，重点研究制备工艺、Li掺入量及退火处理对其合成、烧结与介电性能的影响，以期为脉冲激光沉积等物理方法制备KLN薄膜提供高质量的陶瓷靶材。论文首先以K2C03、Li2C03和Nb205粉体为原料，采用固相反应法合成KLN粉，研究了合成温度和“掺入量对KLN粉体的物相、形貌和晶体结构的影响。XRD、Raman和SEM测试表明，随合成温

2、度的升高，合成粉末中铌酸锂杂相逐渐减少，适宜的合成温度为950℃。在该温度下，当“掺入量在15～20m01％时，得到的都是纯相的KLN粉体，而且随“掺入量的增加，其晶格参数逐渐增大。其次，以950℃合成的、“掺入量为15～20m01％的KLN粉体为原料，采用SPS烧结技术制备高致密度的KLN列陶瓷靶材，重点研究了烧结温度、保温时间和Li掺入量对KLN陶瓷的物相、致密度和显微结构的影响。结果表明，随烧结温度的升高和保温时间的延长，KLN陶瓷的物相无变化，但致密度增加，晶粒发育更完整。确定了制备KLN陶瓷的SPS工艺为烧结温度850～900。C，保温时间15min，在该条件下得到的KLN

3、系列陶瓷的致密度在96％以上。与传统的常压烧结方式相比，SPS烧结的KLN陶瓷的致密化温度明显降低，有效抑制了K、“元素的挥发，而且晶粒细小、均匀。在此基础上，系统测试了850---900℃烧结的、高致密度的KLN系列陶瓷的介电性能和介温性能，重点了研究了“掺入量对其性能的影响。结果表明，随Li掺入量的增加，KLN陶瓷的介电常数下降，介电损耗降低，居里温度升高。Li掺入量为20m01％时，1MHz频率下其介电常数和介电损耗分别为118和0．2796，居里温度达575℃。与常压烧结相比，SPS烧结的KLN陶瓷的居里温度提高了1004C左右，有利于拓宽其使用范围。最后，为进一步降低KLN

4、陶瓷的介电损耗，对其进行退火处理，研究了退武汉理工大学硕士学位论文火温度对KLN陶瓷物相和介电性能的影响。研究发现，在空气中经700。C退火处理后，KLN陶瓷的物相基本不变，但介电损耗大幅度下降。退火处理可消除真空环境下SPS烧结KLN陶瓷引起的氧空位，并可减少石墨模具向烧结样品中渗碳现象，从而有效降低介电损耗。关键词：铌酸钾锂(ⅪN)，放电等离子烧结(SPS)，致密，介电性能II武汉理工大学硕士学位论文AbstractAsakindoflead—bismuth-freefunctionalmaterial，potassiumlithiumniobate(KLN)hasexcelle

5、ntdielectricandpiezoelectricproperties，andexhibitspromisingapplicationsandsignificantresearchvalues．Inthepresentdissertation，astheobjectiveofpreparingKLNceramictarget，controllingstructureandstudyingondielectricproperties，KLNceramicwithhighdensityandsinglephasewerepreparedbySparkPlasmaSinteringt

6、echnique．EmphasesweregivenontheeffectofLicontentonthesynthesis，sintering，anddielectricpropertiesofKLNceramicsinordertoobtainKLNceramictargetwiⅡlllighquality,whichcouldbeusedforthinfilmpreparingbyphysicalmethods．Firstly,usingK2C03，Li2C03，andNb205asstartingmaterials，singlephaseKLNpowdersweresynth

7、esizedbysolid—statereactionandeffectsofsynthesizedtemperature，Licontentonthephase，crystalstructureandmorphologywerestudied．TheresultsofXRD，RamanandSEMindicatedthatwithincreasingofthesynthesizedtemperature，LNsecondphasereducedgradu