铌酸盐基无铅压电陶瓷的制备及其掺杂改性研究

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1、山东轻T业学院硕士学位论文摘要压电陶瓷广泛应用于压电传感觉器，超声换能器和其它电子器件。但是大部分电子器件使用的都是含铅压电陶瓷，其中铅含量高达60％以上。铅是一种有毒物质，由于铅的易挥发性，在生产、制备、使用及废弃处理中都会对环境造成极大的污染。因此发展无铅压电陶瓷来代替含铅压电陶瓷已经刻不容缓。(Nao．5140．5)Nb03(KNN)由于其优异的压电性能而成为候选材料。本论文采用传统的制备工艺，在常压烧结的条件下制备了0．94(Nao．5Ko．5)Nb03-xLiSb03-yLiNb03无铅压电陶

2、瓷，并对其物相结构、压电、介电性能进行了研究。采用传统陶瓷制备方法制备了0．94(Nao．sKo．5)Nb03-xLiSb03-yLiNb03(NKNLS)体系无铅陶瓷，研究了不同LiSb03和LiNb03的量对NKNLS无铅压电陶瓷材料的密度、相结构、显微结构和电学性能的影响。X射线衍射(XRD)表明过量的LiNb03或者LiSb03都不能使样品形成完全纯的钙钛矿相，而且有钨青铜结构的第二相K3Li2Nb5015生成。只有适量的LiNb03和LiSb03才能形成纯的钙钛矿相。通过扫描电镜(SEM)分析

3、可知NKNLS无铅压电陶瓷体系的显微结构也由于LiNb03和LiSb03含量的不同而表现出很大差异。当x=0．03，y=O．03时，O．94(Nao．sKo．5)Nb03-xLiSb03-yLiNb03无铅压电陶瓷表现出优越的压电性能。同时研究了烧结温度对0．94(Nao．5Ko．5)Nb03--0．03LiSb03—0．03LiNb03(NKNLS-3)的密度、相结构、显微结构和电学性能的影响。XRD分析表明当烧结温度51080℃时，NKNLS一3样品都是纯的钙钛矿相结构，当烧结温度>1080℃时，有

4、钨青铜结构的第二相K3Li2Nb5015出现，从而恶化了其压电性能。通过对样品密度的测量可知最佳烧结温度为1080℃。当烧结温度为1080℃时，得到了综合性能比较好的NKNLS-3无铅压电陶瓷：p=4．299／cm3，￡r=826，tanS=0．049，d33=190pC／N，kp=O．30。为了进一步提高材料的综合电性能，尤其是进一步提高材料的Qm，我们采用CuO和Mn02掺杂剂对NKNLS-3陶瓷进行改性研究。首先系统研究了CuO含量对NKNLS-3陶瓷显微结构和电性能的影响，结果表明：在CuO含量

5、变化范围内，陶瓷相结构均以四方相相结构为主。随着CuO量的增加，￡r下降，而Qm和tan8先升高后降低。当CuO掺杂量为0．3m01％时的陶瓷样品具有较好的综合电性能。其次，系统研究了Mn02含量对NKNLS-3陶瓷显微结构和电性能的影响，结果表明：在Mn02含量变化范围内，陶瓷相结构均以四方相为主。随着Mn02含量的增加，￡r和d33也均下降，kp变化不大，Qm先增加后降低，tan8先降低后增加。当Mn02含量为0．15m01％时，陶瓷具有优良的综合电性能。关键词：无铅压电陶瓷；掺杂改性；压电性能；介

6、电性能III摘要ABSTRACTPiezoelectricceramicshavebeenwidelyusedforsensors，ultrasonictransducersandotherelectronicdevices．Mostofthemareleadoxide-basedpiezoelectricceramics，whichcontainmorethan60wt％lead．Leadisaverytoxicsubstance，andtheevaporationandcontaminationof

7、toxicleadduringthefabricationanddisposalCancauseacrucialenvironmentalpollution．Therefore，itisnecessaryandurgencytodeveloplead-freepiezoelectricceramicstoreplacelead-basedpiezoelectricceramics．(Nao．5Ko．5)Nb03(NKN)hasbeenconsideredasagoodcandidateforlead-f

8、reepiezoelectricceramicsduetoitsgoodpiezoelectricproperties．Inthispaper,O．94(Na0．5K0．5)Nb03-xLiSb03-yLiNb03(KNLNS)werepreparedbytheconventionalmixedoxideroutewimnormalsintering．Thephasestructure，piezoelectricanddielectricp