鈮酸鹽基無(wú)鉛壓電陶瓷的制備及其摻雜改性研究.pdf

1、壓電陶瓷廣泛應(yīng)用于壓電傳感器，超聲換能器和其它電子器件。但是大部分電子器件使用的都是含鉛壓電陶瓷，其中鉛含量高達(dá)60％以上。鉛是一種有毒物質(zhì)，由于鉛的易揮發(fā)性，在生產(chǎn)、制備、使用及廢棄處理中都會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染。因此發(fā)展無(wú)鉛壓電陶瓷來(lái)代替含鉛壓電陶瓷已經(jīng)刻不容緩。(Na0.5K0.5)NbO3(KNN)由于其優(yōu)異的壓電性能而成為候選材料。本論文采用傳統(tǒng)的制備工藝，在常壓燒結(jié)的條件下制備了0.94(Na0.5K0.5)NbO3-xLi

2、SbO3-yLiNbO3無(wú)鉛壓電陶瓷，并對(duì)其物相結(jié)構(gòu)、壓電、介電性能進(jìn)行了研究。 采用傳統(tǒng)陶瓷制備方法制備了0.94(Na0.5K0.5)NbO3-xLiSbO3-yLiNbO3(NKNLS)體系無(wú)鉛陶瓷，研究了不同LiSbO3和IiNbO3的量對(duì)NKNLS無(wú)鉛壓電陶瓷材料的密度、相結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。χ射線衍射(XRD)表明過(guò)量的LiNbO3或者LiSbO3都不能使樣品形成完全純的鈣鈦礦相，而且有鎢青銅結(jié)構(gòu)的第二相

3、K3Li2Nb5O15生成。只有適量的LiNbO3和LiSbO3才能形成純的鈣鈦礦相。通過(guò)掃描電鏡(SEM)分析可知NKNLS無(wú)鉛壓電陶瓷體系的顯微結(jié)構(gòu)也由于LiNbO3和LiSbO3含量的不同而表現(xiàn)出很大差異。當(dāng)x=0.03，’y=0.03時(shí)，0.94(Na0.5K0.5)NbO3-xLiSbO3-yLiNbO3無(wú)鉛壓電陶瓷表現(xiàn)出優(yōu)越的壓電性能。同時(shí)研究了燒結(jié)溫度對(duì)0.94(Na0.5K0.5)NbO3-0.03LiSbO3-0.03

4、LiNbO3(NKNLS-3)的密度、相結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。XRD分析表明當(dāng)燒結(jié)溫度≤1080℃時(shí)，NKNLS-3樣品都是純的鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)，當(dāng)燒結(jié)溫度＞1080℃時(shí)，有鎢青銅結(jié)構(gòu)的第二相K3Li2NbsO15出現(xiàn)，從而惡化了其壓電性能。通過(guò)對(duì)樣品密度的測(cè)量可知最佳燒結(jié)溫度為1080℃。當(dāng)燒結(jié)溫度為1080℃時(shí)，得到了綜合性能比較好的NKNLS-3無(wú)鉛壓電陶瓷：p=4.29g/cm3，εr=826，tanδ=0.049，d33

5、=190pC/N，kp=0.30。 為了進(jìn)一步提高材料的綜合電性能，尤其是進(jìn)一步提高材料的Qm，我們采用CuO和MnO2摻雜劑對(duì)NKNLS-3陶瓷進(jìn)行改性研究。首先系統(tǒng)研究了CuO含量對(duì)NKNLS-3陶瓷顯微結(jié)構(gòu)和電性能的影響，結(jié)果表明：在CuO含量變化范圍內(nèi)，陶瓷相結(jié)構(gòu)均以四方相相結(jié)構(gòu)為主。隨著CuO量的增加，εr下降，而Qm和tanδ先升高后降低。當(dāng)CuO摻雜量為0.3mol％時(shí)的陶瓷樣品具有較好的綜合電性能。其次，系統(tǒng)研究