铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备及改性研究

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采用常规固相烧结法制备了KNN系列陶瓷,以x射线衍射仪等方法表征试样的微结构,采用压力陶瓷d33测试仪、精密阻抗分析仪等表征其电性能。研究(KxNa1-x)NbO3、掺ZnO的KNN体系与LS-NN体系的烧成工艺、组分、相变、结构和压电、介电性能间关系。实验主要内容及结论如下:系统探究了纯KNN陶瓷的烧成工艺、K2C03的成分与陶瓷的微结构、压电与介电性能的相互关系,结果显示:烧结温度和K的组分对陶瓷的结构、致密度、压电与介电性能有很大影响,烧成的温度1060℃时,当添加K的量为x=0.5时,陶瓷能够得到较优秀性能:d33=85pC/N,p=4.184g·cm-3,εr (1kHz)=647,tanδ(1kHz)=0.0776。对于纯的KNN陶瓷烧结表现差、致密性不高等问题,向KNN陶瓷中引入具有助烧性的氧化锌以改善其烧结表现,并且研究KNN-xwt%ZnO陶瓷的组分、烧结温度、微结构、相变和电性能的关系。实验结果表明,随烧结的温度升高,d33和密度均先升高后下降,To-t和Tc出现细微变化;随着添入ZnO量的增加,d33和密度先升高后下降;εr先降低后升高,Tanδ则一直下降,To-t与Tc都向低温方向偏移。当烧成的温度为1100℃,ZnO的掺杂量x=0.5wt%时,陶瓷能够获较好的性能:d33=113pC/N, p=4.436g-cm-3, εr(1kHz)=810.62,tan8(1kHz)=0.0517。系统探究(1-x)KNN-xLS陶瓷的烧成工艺、组分、结构、相转变及电性能关系。随烧成的温度上升,陶瓷的d33和密度均先上升后下降,所有的温度下的试样明显的介电峰,当烧成的温度为1050℃时,能够得到较好性能:d33=98pC/N,p=4.255g·cm-3,εr(10k)=554.95;随着添加LS量的增加,d33和密度起初增加后降低;εr先下降后略微升高;Tanδ和TC都朝低温区偏移。当x=4at.%、烧结温度为1050℃时,KNN-LS陶瓷具有较好性能:d33=108pC/N,p=4.18g.cm-3,εr(10k)=193.98, tanδ(10kHz)=0.041。
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