铌酸钾钠基压电陶瓷制备与掺杂改性研究

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1、摘要压电陶瓷是一类极为重要的功能材料，其应用已遍及人类日常生活及生产的各个角落。目前，全球在大量使用的压电陶瓷材料仍是传统的含铅压电陶瓷，其中铅元素含量高达60％以上。由于铅的易挥发性，在生产、制备、使用及废弃处理中都会对环境造成极大的污染。随着环保意识的日益深入，国际上正积极通过法律、法规、政府指令等形式对含铅的电子产品加以禁止。作为无铅材料的碱金属铌酸盐备受压电材料研究领域关注。本文选取铌酸钾钠陶瓷体系，通过掺杂Sr、Ti、Ta、Cu元素，采用传统固相烧结方法制备了(1∞(硒．5N劬5)Nb03《SfTi03(KNN-S1’0)、(岛．5Nao．5)(Nbo，95Ta0

2、05)03吖Cu(N03)2(KNNT-cu)两大体系压电陶瓷，同时系统研究了这些掺杂离子对铌酸钾钠陶瓷性能的影响规律。采用传统陶瓷制备方法制备出KNN．sTO陶瓷，研究了sr，n03对KNN陶瓷材料晶体结构和介电性能的影响。srTi03的加入极大改善了KNN压电陶瓷的烧结性能，在常压条件下得到的陶瓷的实际密度占理论密度的97％以上。随着立方相srll03的加入，KNN基陶瓷的相结构由正交相转变为假立方相，同时sfn03的加入也使得KNN基压电陶瓷的介电性能大大提高，介电损耗降低，频率稳定性增强，并表现出驰豫性铁电体的特征。为了较大提高KNN基压电陶瓷机械品质因数(()m)

3、，同时保证机电耦合系数(b)，我们给KNNT体系陶瓷添加小于lm01．％的Cu元素。试验结果表明，掺杂一定量的cu离子后，陶瓷的介电常数(占)，平面振动机电耦合系数(屯)，压电常数(西，)，和机械品质因数(Qk)分别为：320050，O．21～0．4l，70~110(pC脚)，105～979。通过研究该体系材料的介电温谱，发现居里温度(瓦)接近400℃，介电常数小于500，损耗小于1％。通过对比研究l心眦、KNNT、阳州T_cu压电陶瓷的介电行为，发现Ta、Cu的加入有效改善了KNN基压电陶瓷材料的频率稳定性和经时稳定性。KNNT-cu基压电陶瓷是一种非常有希望用于中频滤波

4、器及高温领域的压电材料，其应用前景良好。关键词：铌酸钾钠，XRD，SEM，介电性能，压电性能西北工业大学硕士学位论文ABSTRACTPiezoelectricceramicisamostimport锄tf．unctionalmaterial，whichisappliedtoⅡlecommonlivesandirldus仃yfieldwidely．Atpresent，tllepiezoelectricce舳icsinusearestill缸aditionalleadb嬲edpiezoelectriccer锄icscontaillingmoretban60叭．％lead．111

5、etoxici够ofleadoxideallditshigllV印orpressured嘶ngprocessing，prep撕ng，using，a11ddiscardingpollutetlleenViromnent．AstlleconceptofenViromentproteCtion撕sing，tllelegislation，law锄dgoVemmentin姗tiononwasteelectricalelec仃oIlicequipmenthavebeenissued；tlleuseofhazardoussubst趾cesuchasleadinelectricpansis

6、prollibitedintlleinternationalcon吼uni戗The∞archforaltem撕vepiezoelectricmaterialnowisfocusedonmealkmineIliobatecompouIlds．Inmisp印er，Sr，Ti，1’a，CuelementsaredopedintomepotassiuIIlsodi啪lliobatece姗ic，(1吖)(硒．5Nao．5)Nb03吖SrTi03(KNN-STO)aIld(硒．5Nao．5)(Nbo．95‰．05)03呵Cu(N03)2(KNNT-Cu)、Ⅳerepreparedbyc

7、onventionalsolidreactionsinteringm劬od，t11ee惫：Ctsonpropertiesoftllepot硒siumsodiumniobateb嬲edceramicwereinvestigated．KNN．S1’oceramicsweresyntllesizedbytraditionalsinteringprocessanden’ectsofmeSrl’i03amouIltsoncrystal栅ture锄ddielec仃icpI．0peniesofKNNwereinvestigate