熔盐法制备KBT和KNN无铅压电陶瓷

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随着环境保护和人类社会可持续发展的需求,研发新型环境友好的压铁电陶瓷材料已经成为世界各国面临的紧迫任务之一,寻找环保兼具高性能的陶瓷材料已成为各国材料研究人员的共同目标。 K0.5Bi0.5TiO3(简称KBT)和(K,Na)NbO3(简称KNN)具有良好的介电和压电性能,被认为有望替代铅基陶瓷应用于电子器件。但是由于KBT、和KNN这两种物质都含有K元素,而K元素在高温下极易挥发,因而用传统方法难以制备出高密度陶瓷,影响了其器件应用。本文采用熔盐工艺制备高密度KBT和KNN无铅压电陶瓷,研究了熔盐量和合成温度对粉体形貌及陶瓷体致密度和性能的影响,探讨了熔盐法高温液相合成机制。 对于KBT陶瓷,以分析纯K2CO3、Bi2O3和TiO2为反应物,KCl为熔盐,在700℃成功合成纯钙钛矿结构KBT无铅陶瓷粉体,探寻了制备过程中影响粉体颗粒大小和形貌的工艺参数,并对影响机理进行了探讨。结果表明,与传统固相法相比,熔盐法合成温度显著降低且颗粒平均粒径明显减小,并且随着熔盐量的增加,形貌发生巨大变化,合成了各向异性的单晶纳米棒状粉体。纳米棒具有很强的烧结活性,以其为前驱体烧结成瓷,相对密度达到98%以上。进一步研究了细晶陶瓷样品的结构与性能关系,并探讨了介电弛豫性能影响机制。 对于KNN陶瓷,以K2CO3,Na2CO3和Nb2O5为反应物,KCl-NaCl为熔盐,在700℃煅烧,成功合成纯钙钛矿结构(K0.1Na0.9)NbO3无铅陶瓷超细粉体,研究了不同熔盐量对粉体形貌的影响,探寻了反应过程中K+、Na+不同扩散速率对成份的影响机制。将前驱粉体烧结成瓷,相对密度达到96%,通过热蚀处理,确定陶瓷内部晶粒形貌并研究了陶瓷的介电和压电性能。
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