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钛酸铋钠基多元系无铅压电陶瓷的研究

沈文轶  
【摘要】: 我们采用传统陶瓷工艺,对Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3 (BNT)陶瓷进行A位取代,制备得到Bi_(0.5)(Na_(1-x)K_x)_(0.5)TiO_3(BNKT)无铅压电陶瓷,研究和分析了该陶瓷的压电性能、介电性能以及微观结构。在BNKT二元系无铅压电陶瓷基础上我们选用锂作为第三组元实现A位复合取代,得到性能更加优良的Bi_(0.5)(Na_(1-x-y)K_xLi_y)_(0.5)TiO_3 (BNKLT)陶瓷,并重点研究了锂对材料的改性作用。 通过研究粉体合成温度对Bi_(0.5)(Na_(1-x)K_x)_(0.5)TiO_3二元系材料压电性能的影响,我们发现陶瓷最佳烧结温度在1150~1200℃范围内,并随钛酸铋钾(BKT)的取代量增加而升高。在Bi_(0.5)(Na_(1-x)K_x)_(0.5)TiO_3的XRD衍射图谱中,衍射峰左移现象表明了K+的引入会使晶格间距变大。对于Bi_(0.5)(Na_(1-x)K_x)_(0.5)TiO_3二元系,可达到的最佳性能大约在含钾量x=0.22处:d33=175pC/N, Kp=0.34;Qm亦在此处取得最小值。其准同型相界在含钾量x=0.16~0.24范围内。我们研究了不同的制备工艺条件对BNKLT材料性能的影响,从中得到不同含锂配 方比下陶瓷的各自最佳烧结温度。通过对Bi_(0.5)(Na_(1-x-y)K_xLi_y)_(0.5)TiO_3(BNKLT)陶瓷压电性能的研究发现:当含钾量x=0.16,含锂量y= 0.1时,压电系数d33和机电耦合系数Kp比掺锂之前分别提高了14.4%和21%,其数值达到159pC/N和0.34。电滞回线也表明了该体系陶瓷样品具有较高的剩余极化强度和较低的矫顽电场强度,展现出良好的压电性能。XRD衍射图谱结果表明,在含锂量y=0.05~0.2时,Bi_(0.5)(Na_(1-x-y)K_xLi_y)_(0.5)TiO_3陶瓷为单相三方晶系钙钛矿结构,在含锂量增加到y=0.35时,会有影响压电性能的杂相产生。SEM结果表明,Li含量越高,陶瓷的烧结温度越低,Li促进了晶粒在特定方向的生长。从介电常数温谱和介质损耗温谱中得到Bi_(0.5)(Na_(1-x-y)K_xLi_y)_(0.5)TiO_3陶瓷在120~150℃之间出现介质损耗峰,在300~340℃附近出现比较平坦的介电常数峰。


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