铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的常压烧结致密化

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1、学号：08107101常州大学硕士学位论文铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的常压烧结致密化研究生姜娜指导教师方必军教授学科、专业名称材料物理与化学研究方向压电、铁电功能材料2011年4月ThedensificationofNaNbO3-KNbO3-basedlead-freepiezoelectricceramicsbyairpressuresinteringADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByNaJiang(MaterialsPhysicsandChemistry)Dissertat

2、ionSupervisor:Dr.Prof.FangBi-JunApril,2011中文摘要随着社会可持续发展战略的实施和人们环境意识的加强，无铅压电陶瓷及其应用已成为了当前铁电压电材料及其应用研究的热点。(Na0.5K0.5)NbO3（NKN）体系陶瓷是一种具有典型ABO3型钙钛矿结构的材料。因为Nb、K、Na金属对环境和人体来说都是友好物质，而且这类陶瓷为各向同性，通过改进后，其性能大大优于其它体系无铅压电陶瓷。NKN陶瓷因其良好的压电性能而备受各界关注，成为替代含铅压电材料的主要候选。本文采用传统固相反应法、通过常压烧结工

3、艺制备了NKN陶瓷及掺杂第二组元的NKN基陶瓷，研究了第二组元和烧结温度对NKN基陶瓷的相结构、致密度和电学性能的影响。X-ray衍射结果表明，掺杂不同第二组元的NKN陶瓷都可以在一定的烧结温度区间制备出纯钙钛矿结构的陶瓷。综合分析烧成的陶瓷的显微结构、致密度及电学性能可知，制备NKN基陶瓷的最佳烧结温度范围为1020-1080℃。添加适量的第二组元能够增大NKN基陶瓷的致密度，改善NKN基陶瓷的电学性能。1040℃烧结的0.94(Na0.5K0.5)NbO3-0.03LiSbO3-0.03LiTaO3（0.94NKN-0.03

4、LS-0.03LT）陶瓷的致密度和d33值最大，分别为94.72%和228pC/N。1040℃烧结0.95(Na0.5K0.5)NbO3-0.05LiTaO3（0.95NKN-0.05LT）陶瓷的εmax（1kHz）最大，为7256。1040℃烧结的0.95(Na0.5K0.5)NbO3-0.05LiSbO3（0.95NKN-0.05LS）陶瓷的Pr值最大，为224.33C/cm。1040℃烧结的0.95(Na0.5K0.5)NbO3-0.025LiSbO3-0.025LiTaO3（0.95NKN-0.025LS-0.025L

5、T）陶瓷的Qm值最大，为62.3。添加适当的烧结助剂能促进NKN基无铅压电陶瓷产生液相烧结，还能抑制晶粒长大，使气孔充分排出，促进晶粒的发育，提高陶瓷致密度。本文选择最佳组成的NKN基陶瓷，探索了烧结助剂对NKN陶瓷的影响，系统地研究了WO3、CuO、Fe2O3和ZnO掺杂的NKN基陶瓷的相结构、介电、压电、铁电和机电耦合性能。研究表明，少量的WO3和CuO掺杂的0.95NKN-0.05CT陶瓷的致密度和电学性能都得到了改善，CuO的掺杂效果优于WO3。1040-1080℃烧结制备的CuO和Fe2O3掺杂的0.95NKN-0.0

6、5LS陶瓷均保持纯钙钛矿结构，掺杂后陶瓷的致密度略微降低。测试频率范围内，在TC和TO-T两个相变温度之间的温度区域，陶瓷的介电常数值波动不大，具有较好的温度稳定性。1060℃烧成的1mol%Fe2O3掺杂的0.95NKN-0.05LS陶瓷的d33值最大，达到了190pC/N，1040℃I烧结的掺杂1mol%CuO的陶瓷样品的Qm值最大，达到了218。较低温度烧结的CuO、Fe2O3和ZnO掺杂的0.94NKN-0.03LS-0.03LT陶瓷呈现纯钙钛矿结构，随着烧结温度的升高陶瓷样品中出现杂相。掺杂后陶瓷的致密度有所降低，εm

7、ax明显降低，d33值略有下降。Fe2O3掺杂的0.94NKN-0.03LS-0.03LT陶瓷Qm值略有下降，CuO和ZnO掺杂的陶瓷样品的Qm值增大，掺杂CuO的陶瓷的Qm值增长幅度较大。0.5mol%CuO掺杂的0.94NKN-0.03LS-0.03LT陶瓷的Qm值随着烧结温度的升高而增大，1080℃烧结的陶瓷的Qm值最大，为152。关键词：NKN陶瓷；第二组元；烧结助剂；电学性能IIABSTRACTToday,theresearchesofthelead-freepiezoelectricceramicsandtheira

8、pplicationsareextremelyimportantasaresultoftheimplementingofthestrategyinwhichthesocietyoftheworldcansustainablydevelop,andthestren