铌酸钾钠基压电陶瓷的结构与性能研究

来源 :苏州科技大学 苏州科技学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shirleyzuo
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压电陶瓷在很多领域已经取得了广泛的应用,例如滤波器、谐振器、传感器、能量收集器件、制动器等。然而,压电陶瓷材料主要成分含铅,大量的压电陶瓷材料的使用,势必会给环境和人体健康带来伤害,因此,开发无铅压电陶瓷材料的任务迫在眉睫。具有钙钛矿结构的铌酸钾钠无铅压电陶瓷,由于其相对低的介电常数,很高的机械耦合因素,很高的居里温度(420°C)和良好的铁电性能(Pr=33μC/cm2),被认为是未来最有潜力取代锆钛酸铅的无铅压电陶瓷材料。化合物掺杂改性是提升无铅压电陶瓷材料性能的方法之一,主要原理是将陶瓷材料的TO-T和TR-O转变峰移到室温附近,形成准同型相界,室温下陶瓷材料两相或三相共存,从而提高陶瓷材料的压电性能。本课题采用传统的固相合成法,对(1-x)KNN-xCaZr O3(SrTiO3、BaZrO3)、(1-x-y)KNN-xBa Zr O3-y(Bi0.5Li0.5)TiO3、0.94KNN-(0.06-x)LiSbO3-xBi0.5(Na0.82K0.18)0.5ZrO3和0.94KNN-(0.06-x)LiSbO3-x(Bi0.5Ag0.5)ZrO3四个体系进行实验研究。实验结果表明,所有的体系都有完整的相结构演变过程,和相界区域。在相界区域中的陶瓷材料组分点可以获得较高的压电性能和铁电性能。在(1-x-y)KNN-xBaZrO3-y(Bi0.5Li0.5)TiO3体系中,x=0.06,y=0.02时,获得良好的压电性能d33=185pC/N,kp=41.5%。在0.94KNN-(0.06-x)LiSbO3-xBi0.5(Na0.82K0.18)0.5ZrO3体系中,x=0.025时有最高的压电性能d33=185pC/N,d33*=227pm/V,kp=34%。在0.94KNN-(0.06-x)LiSbO3-x(Bi0.5Ag0.5)ZrO3体系中,x=0.025时有最高的压电性能225pC/N,d33*=275pm/V,kp=42%。两步烧结法在(1-x-y)KNN-xBaZrO3-y(Bi0.5Li0.5)TiO3、0.94KNN-(0.06-x)LiSbO3-x(Bi0.5Ag0.5)ZrO3两个体系中的运用,对陶瓷材料的压电性能有15%及以上的提升,是未来提升无铅压电陶瓷材料的重要方法之一。0.94KNN-(0.06-x)LiSbO3-x(Bi0.5Ag0.5)ZrO3体系中测试了陶瓷材料的压电性能随温度的变化,结果显示所有的组分样品都有很好的压电性能高温保持能力,说明该体系不仅具有较高的压电性能,在未来的无铅压电陶瓷材料高温应用领域有很大的潜力。
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