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铌酸钠钾基无铅压电陶瓷掺杂改性及织构化的研究

李凡  
【摘要】: 无铅压电陶瓷是一类绿色环保材料。铅基材料在压电领域一直占据着研究和应用的主导地位。但是铅的毒性很高,随着人们对生存环境质量要求的提高,作为无铅材料的碱性铌酸盐目前在压电材料研究领域备受关注。掺杂改性和织构化的铌酸盐陶瓷的各项电学性能可以与传统的压电陶瓷PZT相媲美,因此,高性能的无铅压电陶瓷的制备技术是目前重点研究课题。 本文第三章采用常规固相合成法制备了CaTiO3掺杂的(Ko.5Nao.5)Nb03(KNN)基无铅压电陶瓷,结果表明:KNN-CT无铅压电陶瓷具有钙钛矿结构,且随着CaTiO3含量的增加,陶瓷由正交相逐渐向四方相发生转变,且x=4%附近KNN-CT陶瓷存在正交相与四方相共存的准同型相界;CaTiO3的加入极大改善了KNN压电陶瓷的烧结性能,通过优化可以获得理论密度的99%,d33=94pC/N,Kp=33.2%的无铅压电陶瓷材料。 本文第四章通过控制前驱体的层状的结构,利用两步熔盐法合成了具有不同径向尺寸和厚度的NaNbO3模板粒子。在第一步中首先合成层状钙钛矿结构Bi1.5Nax-1.5NbxO3x+3(X=2-6)前驱体。在最佳烧结温度和保温时间下,通过改变Bi1.5Nax-1.5NbxO3x+3和其他氧化物的含量,合成纯净的板状NaNbO3模板粒子。SEM显示NaNbO3模板粒子具有板状形貌特征,径向尺寸为8-20μm,厚度为0.5-3μm.。XRD显示NaNbO3模板粒子在(001)晶面有很强的取向。利用RTGG或者TGG合成织构型碱金属铌酸盐陶瓷时,板状的NaNbO3模板粒子是一种合适的模板。 本文第五章利用反应模板生长法,以不同形貌的NaNb03粒子为模板,制备织构型铌酸钠钾基无铅压电陶瓷,系统的探讨模板粒子长径比对铌酸钠钾基陶瓷材料织构化的影响。XRD显示所有的KNN陶瓷都是正交钙钛矿结构,(001)晶面择优生长,织构度为20%-40%。随着x的增加,模板的长径比逐渐减小,陶瓷的织构度也有所降低,然而由于密度的增加导致陶瓷的性能不断提高。当模板的长径比为6-12之间时,陶瓷性能达到最佳值。压电常数d33达到135pC/N,机电耦合系数κp达到36%.研究表明模板的形貌和织构陶瓷性能的提高有很大的关系。


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