鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的摻雜改性和疊層器件的研究.pdf

1、本文主要研究用固相反應(yīng)法制備Li、Sb、Ta離子共摻雜(K,Na)NbO3陶瓷,并在其基礎(chǔ)上進行 SrTiO3和 CuO的摻雜改性處理,尋找出適合的組元成分,然后采用流延成型技術(shù)制備出無鉛壓電疊層驅(qū)動器。
　　首先,采用固相反應(yīng)法制備成六組元成分,并探索 Ta含量和燒結(jié)溫度的變化對(K0.4425Na0.52Li0.0375)(Nb0.93-xTaxSb0.07)O3陶瓷的相轉(zhuǎn)變、微觀結(jié)構(gòu)和電性能的影響。實驗結(jié)果表明:Ta含量的改

2、變不僅引起了陶瓷相結(jié)構(gòu)和微觀晶粒形貌的變化,同時還對陶瓷的電性能起到巨大的影響作用。而燒結(jié)溫度的影響主要體現(xiàn)在陶瓷的致密度方面,隨著燒結(jié)溫度的升高,密度先增加后減小。且當(dāng)x=0.0475,燒結(jié)溫度為1130℃,極化溫度為70℃,陶瓷能夠獲得最佳的電性能。
　　其次,為了能夠使陶瓷的電性能在實際應(yīng)用中保持較好的溫度穩(wěn)定性,本課題在成分為(K0.4425Na0.52Li0.0375)(Nb0.8825Sb0.07Ta0.0475)O3

3、基礎(chǔ)上,進行了SrTiO3的摻雜改性研究。實驗結(jié)果表明:隨著SrTiO3含量的提高,陶瓷的電性能呈現(xiàn)出下降趨勢,但同時引起了陶瓷的相轉(zhuǎn)變溫度TO-T降低,這在一定程度上提高了陶瓷性能的溫度穩(wěn)定性。當(dāng)摻雜SrTiO3含量為0.5mol％時,陶瓷在獲得較高的壓電性能(d33=300 pC/N)的同時其相轉(zhuǎn)變溫度TO-T僅為26?C。由于六組元成分的陶瓷的燒結(jié)溫度較高,為了研究低溫?zé)Y(jié)技術(shù),在(K0.4425Na0.52Li0.0375)(N

4、b0.8825Sb0.07Ta0.0475)O3-0.005SrTiO3成分的基礎(chǔ)上,加入CuO燒結(jié)助劑。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)CuO的加入不僅在一定程度上降低燒結(jié)溫度,還可以大大提高陶瓷的機械品質(zhì)因數(shù)Qm。但卻影響了陶瓷的優(yōu)異壓電性能,同時還消除了 SrTiO3引起的降低相轉(zhuǎn)變溫度 TO-T的效果。
　　最后,綜合上述陶瓷電性能以及燒結(jié)特性等因素考慮,決定采用(K0.4425Na0.52Li0.0375)(Nb0.8825Sb0.07Ta

5、0.0475)O3成分進行疊層薄膜成型制備。同時將疊層膜制備成塊體形狀,進行性能測試發(fā)現(xiàn):疊層樣品的電性能較普通陶瓷樣品略低一些,同時100μm的疊層性能要高于300μm的疊層性能。由于陶瓷成分的燒結(jié)較高,因此采用鉑作為驅(qū)動器的內(nèi)部電極,并使用共燒的方式制備成型疊層驅(qū)動器。在電壓為100 V的情況下,當(dāng)頻率分別為5 Hz,10 Hz,20 Hz時,層數(shù)為3層的疊層器件,其位移分別為91 nm、93 nm、106 nm。層數(shù)為5層的器件,