铌酸盐基压电单晶、陶瓷的制备及其性能研究

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1、摘要锆钛酸铅基(PzT)材料在压电材料及其应用领域中一直占据着主导地位。然而，铅的毒性很高，随着人们对生存环境质量要求的逐步提高、国际环境保护呼声的日益高涨，目前，作为无铅材料的碱金属铌酸盐备受压电材料研究领域关注。本文主要进行了NaNb03．KNb03二元体系的助熔剂法晶体生长、陶瓷晶粒异常长大以及坩埚下降法晶体生长研究。助熔剂法生长出NaNb03、O．85岛5Nao5Nb03-O．15SrTi03(O．85KNN一0．15STO)晶体；研究了KNb03、岛5Na05Nb03(心悄)、O．85Ⅺ呵N—O．15sTO陶

2、瓷的晶粒异常长大行为；坩埚下降法生长出KNb03单晶。采用NaCl和Na2C03作复合助熔剂，结合回熔、坩埚套装方法，在高纯氧化铝刚玉坩埚中生长出毫米大小的常温反铁电体NaNb03晶体；晶体出现二维层状生长。生长的O．85KNN-0．15sTO晶体时，改用K2c03和Na2C03的复合助熔剂，晶体尺寸为70岬左右，晶体生长速度慢，且以二维多核生长机制为主。实验中热力学数据的欠缺，限制了回熔、坩埚套装工艺对晶体成核控制的效果发挥。在套装的双坩埚中提供一个K2c03气氛，1015℃保温1小时，制备出的KNbO{陶瓷，微溶于

3、水，密度为其理论密度的92．6％；陶瓷晶粒生长速度慢，容易晶粒异常长大。KNN晶粒容易均匀长大，限制了KNN的晶粒异常长大；延长保温时间、提高保温温度、在陶瓷片表面引入KNb03粉末，均未发现KNN陶瓷的晶粒异常长大。在KNN的配料中引入15mol％的Sm03后，球磨20小时的试样中发现陶瓷晶粒异常长大，球磨60小时的试样中未发现晶粒异常长大；埋入实验中生长的NaNbO，晶种后，晶种在烧结阶段反应溶化，未发现晶粒异常长大。采用K2c03和Nb205为原料，以52：48的K20n¨205摩尔比配料，垂直方式下降高纯氧化铝

4、刚玉坩埚，生长KNb03单晶，发现：1)温度梯度为1．2℃／mm，下降速度为0．5mm／l】，并加以10转每分钟的正反转，2)温度梯度为4℃／mm，下降速度为O．5mm／11，并在坩埚托套底部穿孔来控制晶体的成核，上述两种工艺均生长出蓝黑色的KNb03单晶，尺寸为几个毫米，晶体多畴；熔体与刚玉坩埚发生反应，且凝固熔体不易与坩埚分离；托套底部穿孔设计可有效控制晶体成核。关键宇：铌酸盐无铅材料，助熔剂法，晶粒异常长大，坩埚下降法，生长机制Abstl·actPiezoelectricmaterialsbasedonPb(Zr

5、，Ti)03solidsolution(PZT)havebeen谢ddyused，whilelead，theprimarycompositeoft11ematerials，isVe叮poisonousaIldha彻伽toboⅡlh啪aIlbeingandsurrolllldings．TheVoicea11drequi删ncmfbrlead-雠emale—alapplicationiswor】d-谢delyonaraisedaybydayand，c0IlSequemly，alotofirlterestsandconsid

6、erations}lavebeenshowntothestudyofalkaliniobateasonebranchofenvir0砌ent衔endlymatedals．1ntllispaper，NaNb03一KNb03basedbimrysOlidsolutionshavebeensyntllesizedaIldstudiedby廿Heemetllods，suchas，Na_Nb03，0．85岛．5Na05Nb03-0．15srTi03(O．85鼢州-O．15sTO)crystalsbeinggrownbyflux，

7、KNb03，Ko5Na0．5Nb03(I：NN)，0．85KNN-0．15STOcer锄icsbeingpmcessedbyabnomalgraingrowm，andKNb03sin91ecrystalsbeinggro啪byBridgnlaIl·stockbargerme吐lod．NaNb03crystals，sevcralmillimnersla昭e访size，haVebeen掣_ownsuccessfullyincomndumcmcibleWimhi曲p嘶ty，wtlichisa_嘣butedtoacombina

8、tionofcompositenuxesofNaClandNa2C03，melt_backprocessandimbeddedcmcibles．Andtheresultsshow也attheNaNb03crystaisgmwintwo-dimensionall锄ellamcc王lanism．Atthesametime，0．85KN