Li/Ta掺杂KNN无铅陶瓷的压电与温度稳定性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:akk871204
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近十年来,因为铅的重污染和各国限制标准的出台,无铅材料蓬勃发展,人们先后研制出一批新型绿色压电材料。Li、Ta掺杂KNN(简称KNLNT)性能优越,是被关注、研究的热点之一,但其压电性能随温度波动强烈,无法实际应用。本论文以KNLNT陶瓷压电和温度稳定性为研究对象,旨在设计压电响应好、温度稳定性高的新型无铅压电KNLNT,探索改善机制,因此有较强的科学和实用意义。论文通过差热-热失重(TG-DTA)分析和结构表征,成功制备了K0.44Na0.52Li0.04 Nb0.80Ta0.20O3(简称KNL0.04NT)和MgTiO3粉体,确定的KNL0.04TN和MgTiO3最佳合成温度分别为850℃和1000℃。通过压电性能分析确定选取正交-四方相变在室温附近的KNL0.04TN压电陶瓷作为基体材料,实验合成了0.0mol%、0.1mol%、0.2mol%、0.3mol%、0.4mol%、0.6mol%、0.8mol%和1.0mol%MgTiO3掺杂KNL0.04NT(简称KNL0.04NT-xMT)陶瓷。论文研究了陶瓷结构和烧结性能,发现MgTiO3助烧作用显著,1.0 mol%的MgTiO3即可以使KNL0.04TN压电陶瓷的最佳烧结温度降低100℃以上,当MgTiO3掺杂浓度为0.6 mol%时KNL0.04TN-xMT陶瓷的密度可达4.82 g/cm3,约为理论密度的96.4%。发现一定MgTiO3掺杂量可以提升KNL0.04TN陶瓷的性能,最佳掺杂量是0.2mol%,本文实验得到对应的压电系数d33是203 pC/N、机电耦合系数kp是39.8%。另外,MgTiO3掺杂可以调控陶瓷室温附近的多型相转变,有利于降低KNL0.04TN陶瓷压电性能的温度依赖性。
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