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《华北电力大学》 2012年
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钛酸盐掺杂铌酸钾钠陶瓷的制备与电性能

王利峰  
【摘要】:铌酸钾钠基无铅压电陶瓷具有良好的压电性能,因此被认为是最有应用前景的无铅压电材料。然而,纯KNN陶瓷由于烧结温度范围窄和烧结过程中碱金属元素的挥发,难以得到高致密度的陶瓷材料。本文主要研究了助烧剂GeO2对掺杂钙钛矿结构钛酸盐的铌酸钾钠压电陶瓷的结构和性能的影响。采用传统固相烧结法制备了0.94(K0.5Na0.5)NbO3-0.06BaTiO3(0.94KNN-0.06BT)、0.95(K0.5Na0.5)NbO3-0.05SrTiO3(0.95KNN-0.05ST)和0.95(K0.5Na0.5)NbO3-0.05CaTiO3(0.95KNN-0.05CT)系列的KNN基无铅压电陶瓷,通过X射线衍射仪分析、扫描电镜观察和测试电学性能分析了掺杂钛酸盐和添加助烧剂Ge02对KNN陶瓷烧结的影响。结果发现,掺杂钛酸盐后所得的陶瓷其相结构均为钙钛矿结构,在室温下为四方和正交的混合相,Ge02的加入并未改变其结构和相组成;通过分析三种陶瓷的收缩率和致密度发现,随着Ge02掺杂量的增加,其收缩率和致密度均大幅上升,随着烧结温度的升高,收缩率和致密度有了定的变化,但是上升幅度不大;通过扫描电镜观察三种陶瓷的断口发现,随着Ge02掺杂量的增加,气孔逐渐减少,断口均为从沿晶断裂转变为穿晶断裂;测试三种陶瓷的介电性能和压电性能发现,助烧剂掺杂量的增加均使其电学性能得到了提升,相比较而言,掺杂CaTi03后所得陶瓷的介电性能和压电性能要明显优于掺杂BaTiO3和SrTiO3, KNN-CT系列陶瓷的d33值可达到121pC/N,并且其烧结温度范围明显增宽,这可能跟KNN-BT和KNN-ST系列陶瓷的晶粒度细小有关系。总之,Ge02的加入促进了KNN基陶瓷的烧结,可使其致密度增大,烧结温度下降,介电性能和压电性能得到了改善。这对研究通过掺杂钛酸盐和加入助烧剂来改善铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的电学性能有一定的意义。
【学位授予单位】:华北电力大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM282

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