【摘 要】
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碱金属铌酸盐陶瓷凭借极化强度大、压电常数高、频率常数大和机电耦合系数高等优点被认为是传统锆钛酸铅(PZT)陶瓷极具潜力的替代材料。本文选择两种不同晶体结构(钨青铜结构和钙钛矿结构)的碱金属铌酸盐为研究对象,使用熔盐法合成的微晶粉体为原料制备碱金属铌酸盐无铅压电陶瓷,研究了熔盐法工艺参数对陶瓷的烧结行为、微观组织结构和电性能的影响规律。首先,采用一种改进的熔盐法合成四方钨青铜结构KSr2Nb5O15
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(No.51502191)铌酸锶钾基铁电陶瓷微观组织结构对其电性能的调控机理研究;
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碱金属铌酸盐陶瓷凭借极化强度大、压电常数高、频率常数大和机电耦合系数高等优点被认为是传统锆钛酸铅(PZT)陶瓷极具潜力的替代材料。本文选择两种不同晶体结构(钨青铜结构和钙钛矿结构)的碱金属铌酸盐为研究对象,使用熔盐法合成的微晶粉体为原料制备碱金属铌酸盐无铅压电陶瓷,研究了熔盐法工艺参数对陶瓷的烧结行为、微观组织结构和电性能的影响规律。首先,采用一种改进的熔盐法合成四方钨青铜结构KSr2Nb5O15的针状微晶粉体,研究了压力及煅烧温度对微晶化学成分和外观形貌的影响规律。结果表明,随着压力和温度的升高,更多的Sr2+趋于占据KSr2Nb5O15晶格中的A位,颗粒粒径变得不均匀;增加压力有利于细颗粒的形成,而提高煅烧温度则有利于颗粒沿直径方向的生长;当压力为4MPa,煅烧温度为1300℃时,合成的微晶保持了较高的长径比,其化学组成接近KSr2Nb5O15的标准化学计量比。其次,通过熔盐法合成了分散性良好的正交钨青铜结构Na2Nb8O21柱状微晶粉体,研究了熔盐含量对粉体晶体结构和形貌的影响规律。结果表明,当熔盐含量为其他原料的6倍时,体系中长颗粒的数量最多;以合成的微晶粉体为原料,制备出透明度较高的Na2Nb8O21陶瓷,并且该陶瓷在较宽的温度范围(85℃~260℃)内,介电常数具有良好的温度稳定性。最后,以钨青铜结构针状微晶为前驱体,通过拓扑化学转化法合成了钙钛矿结构的柱状Na Nb O3微晶,合成的颗粒粒径分布均匀、长径比高(10~15)。将固相法合成的K0.5Na0.5Nb O3粉体作为基体,拓扑化学转化法合成的柱状Na Nb O3微晶作为模板,通过涂刷流延叠层工艺制备出钙钛矿结构碱金属铌酸盐陶瓷。研究了Na Nb O3模板含量对陶瓷的烧结行为、微观组织结构以及电性能的影响规律。结果表明,随着模板含量的增加,陶瓷的烧结温度相应的增加;模板的添加能够有效地促进陶瓷的致密化,当模板含量为40%时,陶瓷的相对密度达到了91.09%,压电常数d33达到了101p C/N,居里温度Tc为343.8℃。
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