铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备及其结构和电学性能研究

• 作 者: 文玥
• 机 构: 华中科技大学
• 出 处: 华中科技大学
• 发表日期: 2020年期
• 关键词: KNN基无铅压电陶

铅基(PZT)压电材料因其优异的电学性能被广泛应用于各种电子器件中，受限于铅元素的毒性，高性能的无铅压电材料成为了学者们的研究热点。其中，铌酸钾钠3(K,Na)NbO3基无铅压电陶瓷因其具有较优的压电性能和较高的居里温度，是一种非常有望替代铅基压电陶瓷的无铅压电材料。因此，本论文以铌酸钾钠基无铅压电陶瓷为研究对象，通过成分变化，从新型相界构建和制备工艺两个方面开展研究工作，具体研究结果如下：
　　(1)采用传统固相烧结法制备了(K0.48Na0.52)1-XLiXNbO3陶瓷样品，研究了Li+添加对KNN基陶瓷的微观结构及其电学性能的影响。结果表明Li+添加可以降低O-T相转变温度从而在KNN基陶瓷中构建O-T相界，改善KNN基陶瓷的电学性能；同时Li+添加可以提高陶瓷样品致密度及其居里温度。在O-T相界附近，当x=0.06时陶瓷样品的各项性能最佳，d33~190pC/N，kp~0.401，Smax~0.071%，d3*3~223pm/V，TC~455℃。
　　(2)采用传统固相烧结法制备了(1-x)(K0.48Na0.52)0.935Li0.65NbO3-xBaZrO3二元陶瓷体系，研究表明当BaZrO3含量x=0.06时，室温陶瓷样品为R-T相界共存，此时陶瓷样品具有最佳的电学性能，其d33~207pC/N，kp~0.302。同时，采用三步烧结法制备了0.94(K0.48Na0.52)0.935Li0.65NbO3-0.06BaZrO3陶瓷样品，发现采用三步烧结法可以使陶瓷样品获得更高的致密度，晶粒大小变得更加均匀，同时根据阻抗谱分析，当采用三步烧结法制备0.94(K0.48Na0.52)0.935Li0.65NbO3-0.06BaZrO3陶瓷时，样品具有更少的氧空位。当烧结条件为1050℃-1150℃/5min-1070℃/20h时，陶瓷样品各项性能最佳，其ρ=4.51g/cm3，d33~258pC/N，kp~0.349，TC~328℃。
　　(3)采用固相烧结法制备(0.996-x)(K0.48Na0.52)NbO3-0.004BiCoO3-xBi0.5Na0.5HfO3三元陶瓷体系。通过在KNN基陶瓷中构建R-O-T相界以达到改善KNN基陶瓷性能的目的，同时具有高居里点的BiCoO3添加可以改善KNN基陶瓷的居里温度。结果表明当Bi0.5Na0.5HfO3添加量x=0.035时，陶瓷样品性能最佳，d33~272pC/N，kp~0.471，Smax~0.145%，*d33~358pm/V，TC~333℃。