K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3-La_2O_3无铅压电陶瓷性能的研究

采用传统周相反应法制备了K0.5Na0.5NbO3-xmol%La2O3(简称KNN-xLa)系列无铅压电陶瓷,研究了不同La2O3含量(x=0.0,0.05,0.15,0.25,0.35,0.5,1.0)样品的物相组成、显微结构、压电及介电性能.实验结果表明:La2O3的加入并没有改变陶瓷的相结构,体系仍为单一正交相钙钛矿结构.随着掺杂量x的增大样品的压电系数(d33)、机械品质因子(Qm)、平面机电耦合系数(kp)和样品密度(P)都呈现先增大后减少的变化趋势,而介质损耗(tan δ)呈现先变小后增大的变化趋势,烧成温度则随着x的增大而升高.当x=0.15时,材料的综合性能达到最佳,其中P=4.52 g/cm3,d33=120pC/N,Qm=130,kp=0.41,tan δ=0.021.此外,随着x的增大,居里温度Tc则呈现出先升高后降低的趋势,而正交相向四方相的转变温度To-t与Tc变化相反,且当x=0.15时,To-t=189℃,Tc=404℃.     

BiFeO_3-K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3无铅压电陶瓷的烧结工艺

采用传统固相烧结法制备性能良好的铁酸铋(BiFeO3,BF)掺杂的铌酸钾钠(K0.5Na0.5NbO3,KNN)压电陶瓷(BF-KNN),着重研究BF摩尔(下同)掺量对KNN结构与压电性能的影响规律以及BF-KNN陶瓷的烧结工艺。结果表明:适量BF有利于提高BF-KNN的压电性能,当BF掺量≥1%后,压电性能急剧降低。与仅烧结一次的样品相比,二次烧结BF-KNN陶瓷形成更加稳定的正交晶系钙钛矿结构,陶瓷组织致密,压电性能大幅度提高,压电常数(d33)、平面机电耦合系数(kp)与机械品质因数(Qm)分别达134pC/N、46%和364,但介电性能明显降低,相对介电常数(εr)从退火前的554降至388。一次、二次烧结样品的体积密度分别为4.12g/cm3和4.36g/cm3,相对密度分别为91.35%和96.67%。在温度低于490℃、频率为100kHz时,二次烧结样品的介电损耗tanδ5%,其Curie温度高达420℃。     

La掺杂(Na0.5Bi0.5)0.82(K0.5Bi0.5)0.18TiO3系统无铅压电陶瓷的制备工艺探讨

采用传统陶瓷工艺，研究了制备[（Na0.5Bi0.5）0.82（K0.5Bi0.5）0.18]1-xLaxTiO3（x=0．00，0．01，0．03，0．05，0．10）无铅压电陶瓷的工艺条件对陶瓷的物相组成、显微结构和压电性能的影响。利用XRD、SEM等技术分析结果表明，合成温度的提高有利于主晶相的形成，且此系统烧成温度范围较窄，故需控制在合适的烧成温度下才能得到高致密度的陶瓷。同时，研究了极化工艺条件对材料压电性能的影响，结果表明，提高极化电场强度、控制适当的极化温度有利于提高材料的压电性能。     

(K0.5Na0.5)NbO3基无铅压电陶瓷的应用研究

随着人类社会可持续发展战略的全面实施,(K,Na)NbO3基无铅压电陶瓷以其优越的压电性能和较高的居里温度受到人们的广泛关注.本文分析并评述了其国内外的应用近况,尽管(K,Na)NbO3基无铅压电陶瓷取得了较大的进展,但总体上还不能与铅基体系相媲美.因此,(K,Na)NbO3基体系的性能和应用要达到铅基压电陶瓷的水平,还需进行大量的研发工作.     

(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-CaZrO_3基无铅压电陶瓷的相结构和压电性能研究

采用传统陶瓷工艺制备了(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xCaZrO3(简称KNN-CZ)无铅压电陶瓷。分析了陶瓷样品的相结构组成。测试结果表明:所有陶瓷样品均为钙钛矿相,未发现其它晶相。随着CaZrO3含量的增加,(1-x)KNNxCZ陶瓷的相结构由正交相转变为四方相,最后变为立方相。研究了不同CaZrO3含量对压电性能的影响,实验表明:当CaZrO3含量为0.05mol时,压电常数d33和径向机电耦合系数kp分别达到了最大值196pC/N和0.35。(1-x)KNNxCZ(x=0.05)陶瓷的压电性能展现了良好的温度稳定性和经时稳定性,这些结果表明(1-x)KNN-xCZ(x=0.05)陶瓷是一种优良的无铅压电备选材料。     

Bi_(0.5)K_(0.5)TiO_3掺杂对0.945K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3-0.045LiSbO_3无铅压电陶瓷结构性能的影响

采用传统固相合成法合成(1-x)(0.945K0.5Na0.5NbO3-0.045LiSbO3)-x(Bi0.5K0.5TiO3)(简记为(KNN-LS)(1-x)-BKTx))无铅压电陶瓷,研究不同BKT掺入量(x=0.000,0.005,0.010,0.015,0.020,0.025,0.030)对该体系陶瓷的微观结构和压电介电性能。结果表明:x≤0.025时,均可形成单一钙钛矿结构;与KNN-LS相比,体积密度(ρ)、机械耦合系数kp、kt显著提高;d33、介电损耗tanδ、机械品质因数Qm和次级相变温度降低;当x=0.020时,样品的整体性能达到最佳值:ρ=4.239g/cm3,d33=94pC/N,kp=30.9%,kt=20.7%,tanδ=0.024,相对介电常数εT33/ε0=2468,Qm=53.95,次级相变温度降至室温以下,温度稳定性好。     

过量Na~+对(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-LiNbO_3无铅压电陶瓷相组成及结构的影响

通过固相反应法预合成0.94(K0.5Na0.5)NbO3-0.06LiNbO3(KNLN6)无铅压电陶瓷粉体。采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜/能谱仪(SEM/EDS)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对KNLN6试样进行性能表征。结果表明:按化学计量配比合成的KNLN6粉体中含有K3Li2Nb5O15(KLN)第二相;Na2CO3摩尔分数过量5%时,可有效地消除第二相KLN,从而获得单一钙钛矿结构的KNLN6粉体,同时,粉体的预烧温度降低了50℃;在1070℃下烧结2 h制备的Na2CO3过量5%的无铅压电陶瓷中,KNLN6晶体具有A位无序的单一正交钙钛矿结构,晶粒呈立方体状,平均尺寸约为10μm。     

多型相变对K0.5Na0.5NbO3基压电陶瓷的结构与性能的影响

KNN基无铅压电陶瓷的研究是目前铁电压电材料领域的研究热点之一。这里结合近期国内外有关KNN基陶瓷的研究现状,重点介绍了多型相变的机理及通过离子掺杂取代产生的多型相变对KNN基陶瓷的相结构和性能的影响。     

制备工艺对0.95(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-0.05CaZrO_3基无铅陶瓷压电性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了0.95(K0.5Na0.5)NbO3-0.05CaZrO3无铅压电陶瓷。研究了烧结温度和极化工艺对陶瓷压电性能的影响。结果表明:随着烧结温度的提高,0.95(K0.5Na0.5)NbO3-0.05CaZrO3陶瓷的体积密度增大,在1170℃时达到最大值,同时d33和kp,在此温度也分别达到他们的最大值210pC/N和0.40。极化工艺对0.95(K0.5Na0.5)NbO3-0.05CaZrO3陶瓷的压电性能有明显的影响,0.95(K0.5Na0.5)NbO3-0.05CaZrO3陶瓷的最佳极化温度是70℃,最佳极化电场是4kV/mm。     

钛酸钡与铌酸钾钠无铅压电陶瓷研究进展

钛酸钡(BaTiO₃)和铌酸钾钠(K_0.5Na_0.5NbO₃)压电陶瓷因具有环境友好、电学性能良好、居里温度较好等优势而成为国际高新技术材料研究的前沿热点,有望替代部分铅基压电陶瓷应用于国防、航空航天、通信等领域的电子器件中。本文综述了BaTiO₃和K_0.5Na_0.5NbO₃压电陶瓷材料的最新研究进展,从构造相界调控压电性能、BaTiO₃基压电陶瓷的材料体系设计、K_0.5Na_0.5NbO₃基压电陶瓷的热稳定性及改善、压电陶瓷的新型成型及烧结工艺等方面进行客观分析和总结,并展望了两种材料的未来发展趋势,为开发高性能无铅压电陶瓷提供参考。     

（Na0.8K0.2）0.5Bi0.5TiO3-xSrTiO3-0．3％Mn无铅压电陶瓷的结构与性能

采用固相法制备了（Na1-xKx0.5）Bi0.5YiO3-xSrTiO3-0.3Mn系无铅压电陶瓷,研究了该系统的微观结构和压电性能。XRD分析表明所得陶瓷样品在室温下均为三方、四方共存的钙钛矿结构,随着Sr的增加,三方相减少,四方相增加。SEM图谱显示各样品颗粒均匀、具有规则的外形、晶界明显,并且少量Sr的加入使样品更加致密化。该体系样品具有优异的压电性能,在Sr含量为0．02时,压电常数如、平面机电耦合系数k,和厚度机电耦合系数kt同时达到最大值,分别为171pC·N^-1、33．1％和30．5％,Sr具有“软性”添加物的作用     

(K0.5Na0.5)(TaxNb1-x)O3无铅压电陶瓷的性能特征

采用传统电子陶瓷制备工艺制备了(K0.5Na0.5)(TaxNb1-x)O3无铅压电陶瓷。研究了不同Ta含量下(K0.5Na0.5)(TaxNb1-x)O3陶瓷的晶相组成及性能特征。结果表明,(K0.5Na0.5)(TaxNb1-x)O3陶瓷在低Ta含量时形成单一斜方相固溶体,但Ta含量达到0.08mol后则有K6Ta10.8O30次晶相产生。随着Ta的加入,陶瓷的体积密度逐渐增大,居里温度(Tc)逐渐降低。当Ta含量为0.08mol时陶瓷具有良好的铁电、压电性能和介电稳定性能,其压电常数d33为76pC/N。     

Composition segregation and grain growth in (K0.5Na0.5)NbO3 piezoceramics prepared by two-step cold sintering process

Cold sintering process (CSP) is a new method to prepare ceramics under quite low temperature. In this work, two-step CSP under different pressures was employed to prepare (K_0.5Na_0.5)NbO₃ (KNN) ceramics. The density of KNN green pellets can be raised by enhancing the pressure of second-step CSP. Energy-dispersive spectroscopy reveals the composition segregation of A-site cations in large grains. The dissolution rate of K⁺ in an aqueous medium is faster than Na⁺, and high pressure can accelerate K⁺ dissolution, resulting in more Na⁺ in some grains. Besides, the diffusion rate of Na⁺ in grains is better than K⁺, which promote the grains growth. Finally, the piezoelectric property is improved even with low ceramic density due to the larger grains, which possess the higher performance composition. This result demonstrates that the pressure and inhomogeneous dissolution of alkali metal ions among CSP play an important role in grain growth and piezoelectric enhancement.     

La掺杂(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.82)(K_(0.5)Bi_(0.5))_(0.18)TiO_3系统无铅压电陶瓷的制备工艺探讨

采用传统陶瓷工艺,研究了制备[(Na0.5Bi0.5)0.82(K0.5Bi0.5)0.18]1-xLaxTiO3(x=0.00,0.01,0.03,0.05,0.10)无铅压电陶瓷的工艺条件对陶瓷的物相组成、显微结构和压电性能的影响。利用XRD、SEM等技术分析结果表明,合成温度的提高有利于主晶相的形成,且此系统烧成温度范围较窄,故需控制在合适的烧成温度下才能得到高致密度的陶瓷。同时,研究了极化工艺条件对材料压电性能的影响,结果表明,提高极化电场强度、控制适当的极化温度有利于提高材料的压电性能。     

K0.5Na0.5NbO3 ceramics fabricated by combining cold sintering with annealing in air atmosphere or low pO2 atmosphere

Dense K_0.5Na_0.5NbO₃ lead-free ceramics were successfully fabricated by combining cold sintering process (CSP) with annealing in air atmosphere or low pO₂ atmosphere. Acetic acid was used as transition liquid. By optimizing the liquid content and pressure during CSP, the CSP samples with relative densities 74.2% were obtained with adding 15 wt% acetic acid under 800 MPa. The CSP samples were then annealed in air atmosphere between 1000 and 1100°C. The ceramics annealed at 1050°C exhibit excellent electrical properties with piezoelectric constant d₃₃ = 125 pC/N, dielectric constant ε_r = 509, dielectric loss tan δ = 0.04, and remanent polarization P_r = 38.17 μC/cm². Additionally, the mixture of K_0.5Na_0.5NbO₃ and base metal Ni powders was also cold-sintered and then annealed in the low pO₂ atmospheres in order to detect whether Ni was oxidized or not. The optimized low pO₂ atmospheres to protect the Ni from oxidation are pO₂ = 10⁻¹⁰ atm followed by reoxidizing in pO₂ = 10⁻⁶ atm. The K_0.5Na_0.5NbO₃ fabricated by CSP with annealing in the optimized low pO₂ atmospheres exhibits comparable electrical properties of the ceramics annealed in air atmosphere, providing an optional approach for using base metals as electrodes.     

柠檬酸盐法制备Na0.5Bi0.5TiO3陶瓷粉体的工艺研究

本实验采用柠檬酸盐法制备（NaBi）0.5TiO3无铅压电陶瓷粉体,系统研究了柠檬酸浓度、溶液pH值、煅烧温度等工艺条件对制备的影响。经研究分析,当柠檬酸浓度C=9%,溶液pH=7.5时,能形成透明、均匀、稳定的溶胶,且形成时间最短;650℃下煅烧2h能够合成单一的钙钛矿结构的钛酸铋钠晶相,比传统固相反应法煅烧温度降低了200℃。     

溶胶-凝胶法制备(Na0.5Bi0.5)TiO3-BaTiO3基无铅压电陶瓷的研究

采用溶胶-凝胶法制备（Na0.5 Bi 0.5）TiO3-BaTiO3超细粉体。研究结果表明，当热处理温度为800℃时能合成出纯的钙钛矿结构的BNBT超细粉体。另外研究发现，与固相法合成的陶瓷样品相比，sol-gel法制备的陶瓷样品的压电常数和机械品质因子有所提高，但其它的电学性能与固相法合成的陶瓷相近，如介电常数、介电损耗等。     

Cu掺杂对(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3-LiSbO_3-NaTaO_3系压电陶瓷结构及性能的影响

采用传统的陶瓷工艺制备了0.94[0.9405(K0.5Na0.5)NbO3-0.0095(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.05LiSbO3]-0.06NaTaO3(简称KNN-BNT-LS-NT)+xmol%CuO(0≤x≤2.0)陶瓷,研究了其晶体结构、压电、介电以及铁电性质,并对Cu2+在A、B位取代做了详细的分析讨论。结果表明,Cu2+的加入能显著提高陶瓷的机械品质因数Qm和降低其介电损耗tanδ,当加入1.5mol%的Cu2+在时,取得较佳的性能,即d33=183pC/N、Qm=166、tanδ=0.0135。