KNN基高温无铅压电陶瓷的制备及掺杂改性研究

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KNN基无铅压电陶瓷长期以来在无铅压电陶瓷研究领域占有着重要的地位。相比其它的无铅压电陶瓷系列KNN基压电陶瓷因兼具较好的压电性能和较高的居里温度而倍受人们的青睐。但人们往往注重KNN基压电陶瓷压电性能的提升,却无法避免KNN基陶瓷的居里温度或者说退极化温度在随压电性能提升而呈下降趋势的事实。本文旨在制备出一种兼顾高退极化温度和良好压电性能的陶瓷材料,使其满足作为无铅高温陶瓷材料的实际应用。首先,通过Li部分取代A位的K元素来达到提高KNN陶瓷退极化温度的目的,选定(Na0.5K0.5-xLix)NbO3(x = 0.055~0.07)作为高退极化温度KNN基陶瓷材料基方。所制备的陶瓷在x=0.065时性能最佳,其室温下主要性能参数为:d33 = 205 pC/N,kp=46.1%,Td~480℃。研究了不同Na/k比和A位不同Li含量对KNN陶瓷在制备工艺、压电性能等方面的影响。综合选定(Na0.55K0.45)0.94Li0.066NbO3配方,制备工艺的优化实验结果显示,不同预烧条件和烧结条件对陶瓷性能影响显著。该配方在850℃ 4h的预烧条件和1080℃ 4h的烧结条件下,陶瓷压电性能最佳:d33=255pC/N,kp=44.9%。另外还研究了不同金属氧化物掺杂对陶瓷烧结及性能的影响。通过对配方和制备工艺的优化以及不同金属氧化物的掺杂,获得了具有较高退极化温度和高压电性能的KNN基无铅压电陶瓷材料。其中A1203的掺杂提高了 KNN基陶瓷高温耐退极化能力,这有利于陶瓷在高温传感器方面的实际应用,并且在其它实际应用上也有望取代PZT基陶瓷。
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