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Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3-LiTaO_3无铅压电陶瓷的制备与电性能研究

张慧君  
【摘要】:铅基PZT材料在压电陶瓷领域一直占据着研究和应用的主导地位。但是铅毒性很高,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,通过固相反应合成法制备了(1—x)Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3-xLiTaO_3二元系压电陶瓷,优化出性能最佳的组分;制备出具有较大生长各向异性的片状NaNbO_3(NN)微晶模板;分别选取片状Bi_4Ti_3O_(12)(BIT)微晶和片状NN微晶为模板,以TGG法和RTGG法制备NKN-LT织构陶瓷。 采用传统方法制备出(1—x)Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3-xLiTaO_3陶瓷,研究了LiTaO_3(LT)含量对Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3(NKN)材料晶体结构和压电性能的影响,优化出性能最佳的组分,确定了其准同型相界。结果表明:组分为0.94 Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3-0.06LiTaO_3的陶瓷位于准同型相界附近,且具有较佳的压电性能,为下一步制备织构陶瓷的研究提供配方依据。 从TGG和RTGG法的工艺要求和微晶模板的选择原则出发,选择片状BIT和片状NN两类粉体用于NKN-LT织构陶瓷制备的微晶模板。分析了两步熔盐法制备片状NN微晶的反应原理,确定了相应的制备工艺,最终确定以片状NN微晶粉体为反应模板,并系统研究了过量NaCO_3对NN粉体的显微组织结构、形貌影响。结果表明,NN微晶粉体的尺寸主要取决于第一步熔盐法合成的中间化合物尺寸,当第二步熔盐工艺条件合适的情况下,对中间化合物的结构破坏最小,最终目标微晶的尺寸变化不大。采用两步熔盐法成功地制备了适合流延工艺要求的片状NN微晶,微晶尺寸均匀,分散性好,直径与厚度比大,直径在10~20μm之间,厚度在1~3μm。 分别以片状BIT和NN为微晶模板,采用流延工艺和TGG、RTGG技术分别制备了NKN-LT织构陶瓷,研究加入微晶模板后的NKN-LT织构陶瓷的烧结工艺、织构度、微观组织结构和电性能的变化规律。结果表明:以片状BIT和NN为微晶模板制备NKN-LT织构陶瓷分别属于TGG和RTGG法,并确定了相应的烧结工艺。以BIT和NN为微晶模板制备的陶瓷,其织构度均随着烧结温度升高而升高,但是织构度均很低,结合烧成工艺确定具有最佳织构度的烧成温度。


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