(0.96Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3~-0.04BaTiO_3)-(0.98K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3~-0.02LiTaO_3)无铅压电陶瓷的结构分析与性能研究

研究了(1-x)(0.96Bi_0.5Na_0.5TiO_3-0.04BaTiO_3)-x(0.98K_0.5Na_0.5NbO_3-0.02LiTaO_3)(BNTBT-KNNLT)体系在0≤x≤0.07这一组分区域的结构和性能.X射线衍射谱发现,这一系列组分在室温下形成纯钙钛矿型固溶体,没有其他杂相产生.(111)峰的峰位和峰形随组分的变化有规律的变化.随着KNNLT组分的加入,压电及介电等性能有比较明显的改变.压电性能随KNNLT的加入出现最大值.当x=0.02时,压电常数d_(33)=125 pC/N.介电常数在室温下随组分的增加而增加.电滞回线的结果显示,尽管在BNTBT中掺杂了KNNLT,这一系列的压电陶瓷仍然具有较大的矫顽场.当x=0.02时,室温下介电常数和剩余极化强度分别为:ε_r=1455,P_r=32.3 μC/cm~2.实验结果表明适量的KNNLT掺杂进BNTBT中可以改善BNTBT的压电和介电性能.     

(1-x)K0.5Na0.5NbO3-xLiBiO3无铅压电陶瓷的结构与压电性能（英文）

采用传统固相反应制备了(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3–xLiBiO3[(1–x)KNN–xLB](x=0,0.0005,0.001,0.002,0.004,0.006,0.008,0.010)压电陶瓷,并分析研究了其微结构及电性能。结果表明,LB 掺杂的 KNN 陶瓷主要形成了钙钛矿结构,没有检测到第二相的存在,并且陶瓷的相结构出现直接由正交相过渡到立方相的"反常"转变;随着LB 掺杂量的增加,晶粒尺寸逐渐细化,陶瓷的压电常数d33、平面机电耦合系数kp先略有增加后显著下降,且分别在x=0.002和 x=0.001时达到最大值,分别为115pC/N和0.2701;陶瓷的介电常数εr随x增大先增加后略有降低,当 x=0.006时获得最大值,为871.8。     

Ta掺杂对无铅0.96[Bi_(0.5)(Na_(0.84)K_(0.16))_(0.5)TiO_3]-0.04SrTiO_3陶瓷微观结构和电性能的影响

采用传统的陶瓷制备方法,制备了一种钙钛矿型无铅压电陶瓷0.96[Bi_(0.5)(Na_(0.84)K_(0.16))_(0.5)(Ti_(1-x)Ta_x)O_3]-0.04SrTiO_3(简写为BNKT-ST-Tax)。研究了Ta对该体系陶瓷微观结构和压电介电性能的影响。结果表明:陶瓷材料均能形成纯钙钛矿固溶体,微量Ta不影响该体系陶瓷的晶体结构,但促进晶粒生长。随着Ta含量的增加,压电常数先增加后降低。在x=1.5%时,d_(33)=144pC/N,k_p=0.31为该体系陶瓷压电性能的最优值。当x=2.5%时电滞回线变得纤细,陶瓷向弛豫铁电体转变。随着Ta含量的增加,所得陶瓷的ε_r逐渐增大;tanδ先减小后增加,Td随Ta含量的增加向低温方向移动。     

Co_2O_3掺杂对铌酸钾钠无铅压电陶瓷性能的影响

采用固相反应法制备了K_0.5Na_0.5NbO_3+xCo_2O_3(0≤x≤1%)无铅压电陶瓷,使用XRD、SEM、 Agilent 4294A精密阻抗分析仪等对该体系的相组成、显微结构、压电及介电等性能进行表征.结果表明:Co_2O_3的掺入并没有改变K_0.5Na_0.5NbO_3的晶体结构,该陶瓷材料仍然为正交相钙钛矿结构;Co_2O_3的掺入使材料的晶粒尺寸明显增大,但当x=1%时,晶粒尺寸减小,说明过多的Co_2O_3有抑制晶粒长大的作用;Co_2O_3的掺入使200 ℃附近的正交→四方铁电相变温度TO-T向低温方向移动,居里温度TC向高温方向移动,同时材料的压电常数d_(33)、机电耦合系数k_p均随之先增大后减小,机械品质因数Qm整体增大,1 kHz频率下的介电常数ε_r和介电损耗tanδ降低,密度显著增大.当x=0.5%时,陶瓷性能最佳:d_(33)=103 pC/N,k_p=0.362, tanδ=1.8%,ε_r=234,Qm=182,ρ=4.29 g/cm~3.     

Ag+掺杂Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷的无压烧结及性能研究

铅基压电陶瓷在制备、使用及废弃处理过程中都会造成环境污染,随着环保意识的增强,无铅压电陶瓷必将逐步替代铅基压电陶瓷.Na0.5K0.5NbO3是一种很有潜力的无铅压电陶瓷,掺杂各种元素提升Na0.5K0.5NbO3陶瓷的压电性能成为当今研究热点之一.本研究以Ag2O、Na2CO3、K2CO3、Nb2O5为原料,经750 ℃焙烧分别合成了Na0.5K0.5NbO3和AgNbO3粉料,再经配料、混料与成型,在1060 ℃埋粉烧结,制备出Ag+掺杂的Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷(xAgNbO3-(1-x)Na0.5K0.5NbO3,ANKN),并在较宽成分范围内(Ag+含量,x=0～50 at%)系统研究了Ag+掺杂对ANKN陶瓷性能的影响.XRD结果表明,ANKN陶瓷的主相为钙钛矿型结构,当x＞16 at%,开始出现K5.75Nb10.85O30杂相,随着Ag掺杂量的增加,杂相的衍射峰增强.电学性能测试结果表明,当x＜20 at%,随Ag掺杂量的增加ANKN陶瓷的压电常数、介电常数等略有升高;当x＞20 at%,ANKN陶瓷的各项性能均开始降低;Ag掺加量为x=16 at%时ANKN陶瓷性能最佳,压电常数d33达到110 pC/N,平面机电耦合系数kp为30%,相对介电常数εr为358,居里温度Tc为300 ℃.     

(1-x)LiNbO_3-xBiAlO_3(x=0～0.7)陶瓷的制备及性能

采用固相合成法制备了(1–x)LiNbO3-x BiAlO_3(x=0,0.01,0.03,0.05,0.07)无铅压电陶瓷。研究了BiAlO_3对Li NbO_3陶瓷的物相结构、显微组织、介电及压电性能的影响。研究表明:当掺杂量为0.01时,所得陶瓷为纯相钙钛矿结构,当掺杂量超过0.03时出现杂相。所得陶瓷的相对密度均在96%以上,具有较好的致密度。随BiAlO_3含量的增加,晶粒尺寸略有增大。BiAlO_3的加入使复介电常数的共振峰有向低频方向移动的趋势。压电及介电性能的变化规律与晶粒尺寸变化一致,即随BiAlO_3含量的增加,d33和复介电常数的实部ε′均在x=0.07时出现最大值。因此,适量添加BiAlO_3可以增加LiNbO_3陶瓷的介电性能与压电性能。     

掺Sr改性Bi0．5（Na0．8K0．2）0．5TiO3无铅压电陶瓷的微观结构和性能研究

采用传统的陶瓷工艺制备了Sr掺杂Bi0.5（Na0.8K0．2）0．5TiO3无铅压电陶瓷（化学式为[Bi0.5（Na0.8K0．2）0．5]1-xSrxTiO3，x=0～0．1），研究了Sr掺杂对陶瓷样品的微观结构、压电以及介电性能的影响。X射线衍射结果表明：当掺杂量较小时（x=0，0．02），样品为四方相；随着掺杂量的增加（x=0．04～0．1），样品逐渐转变为三方相。压电与介电性能测试结果表明：样品的压电常数西3和机电耦合系数kp开始时都随着X的增加而逐渐增大，并分别在x=0．06和x=0．04时达到最大值，其后随着X的增加都逐渐减小：样品的介电常数ε^T33／ε0则随X的增加而几乎线性增加。在x=0．06时，样品的d33=178pC／N，kp=31％，ε^T33／ε0=850。     

铋掺杂对（Na0．5K0．5）NbO3无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了掺铋 （Na0.5K0.5）NbO3（NKN）无铅压电致密陶瓷，研究了Bi2O3对 （Na0.5K0.5）NbO3晶体结构和压电性能的影响。结果表明：当Bi2O3含量小于0．7％（质量分数，下同）时，能得到具有纯钙钛矿结构的NKN基陶瓷，其烧结温度随着Bi2O3掺杂量的增加而升高，试样密度与纯NKN陶瓷相比有显著提高。 （Na0.5K0.5）NbO3压电常数d33，机电耦合系数kp、kt随Bi2O3含量的增加先升高而后降低，并在x=0．5％时达到最大值，而且机械品质因子Qm大大提高。当Bi2O3掺杂量为0．5％时， （Na0.5K0.5）NbO3无铅压电陶的密度达4．46g／cm^3，表现出优异的压电性能，d33=138pC／N，kp=46％，kt=44％，tanδ=2．9％，εr=466和Qm=167。     

锰掺杂对（Na0.5Bi0.5）TiO3-BaTiO3-（K0.5Bi0.5）TiO3陶瓷介电和压电性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了锰掺杂0.8(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.1BaTiO3-0.1(K0.5Bi0.5)TiO3(BNT-B-BKT)无铅压电陶瓷材料,研究了材料的介电、压电和铁电性能.发现锰掺杂大幅降低了0.8(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.1BaTiO3-0.1(K0.5Bi0.5)TiO3陶瓷的电导率和矫顽场,最佳掺杂量为0.1%(质量分数),该配方的最佳烧结温度为1150℃.这一温度下烧结所得样品在130℃时的电导率仅为1.36×10-1Ω-1cm-1,约为掺杂前的1/40,矫顽场Ec仅为2.78 kV/mm,剩余极化强度Pr为38μC/cm2,压电系数d33达到143 pC/N.     

(Bi0.5Na0.5)TiO3-Ba(Ti,Zr)O3固溶体无铅压电陶瓷

改善烧结制度制备(Bi0.5Na0.5)TiO3-Ba(Ti,Zr)O3(简称BNT-BZT)系无铅压电陶瓷,能得到较高的致密度.该压电陶瓷具有良好的电学性能.电学性能的最佳成分点位于准同型相界附近四方相的区域,组成为(Bi0.5Na0.5)TiO3-xBa(TiyZr)O3x=0.09～0.12的范围内,此时具有最大的压电常数(d33=147pC/N)和室温介电常数(ε33T/ε0=881.4).BNT-BZT陶瓷体系的机电耦合系数Kp受BZT含量的影响较小,而BZT含量对机械品质因数Qm的影响较大.     

LiNbO3掺杂(Bi0.5Na0.5)TiO3-(Bi0.5K0.5)TiO3-BaTiO3无铅压电陶瓷的压电和铁电性能研究

用传统的固相反应法将LiNbO3(LN)加入(Bi0.5Na0.5)TiO3-(Bi0.5K0.5)TiO3-BaTiO3制得无铅压电陶瓷。研究了该复合体系的压电和铁电性能,着重研究加入LiNbO3对0.852BNT-0.110BKT-0.038BT这一组分的相结构和电性能影响。加LN形成的材料结构分析(XRD)表明,LiNbO3能完全固溶入钙钛矿结构。加入0.05LN导致弥散相变,材料由四方相和菱方相两相共存转变为伪立方相,电滞回线呈现顺电相的特征。加入0.02LN形成的四元系电性能最佳:压电常数d33=245pC/N,机电耦合系数kp=0.20,kt=0.495,室温介电常数εr=1502,剩余极化强度Pr=26μC/cm2。在此基础上,研究了复合LN对去极化温度Td的作用,结果表明,引入LN会降低这一体系的去极化温度。     

Zr掺杂改性(Bi0.5Na0.5)0.91Pr0.02Ba0.07TiO3无铅铁电陶瓷的储能行为研究

通过固相烧结法微量掺杂Zr到(Bi0.5Na0.5)0.91Pr0.02Ba0.07TiO3无铅铁电陶瓷,对其相结构、微观形貌、储能行为及介电行为进行了研究。所有的样品都形成了单一的钙钛矿相,晶粒细小均匀。Zr的掺杂有效地提高了击穿场强,掺杂量为0.03 mol时陶瓷在场强138 kV/cm下最大有效储能密度达到1.38 J/cm3,储能效率达到52.44%,同时显示了稳定的高温铁电特性,并获得了较大的介电常数1150且保持稳定。     

无铅压电陶瓷及其应用研究

随着社会可持续发展战略的实施和人们环境意识的加强，无铅压电陶瓷及其应用已成为了当前铁电压电材料及其应用研究的热点。本文根据近期国内外有关无铅压电陶瓷的发展，结合本课题组肖定全教授等近年在无铅压电陶瓷的研究，对无铅压电陶瓷的研究进展及应用现状进行了综述，重点介绍了BaTiO3基、Bi1／2Na1／2TiO3基、碱金属铌酸盐基、钨青铜结构和铋层状结构五大体系无铅压电陶瓷的性能、本课题组主要发明的无铅压电陶瓷体系以及BNT基无铅压电陶瓷在滤波器上的应用和发展前景。     

Microstructure and electrical properties of Ti-modified (Na_(0.5)K_(0.5))(Ti_xNb_(1-x))O_3 lead-free piezoelectric ceramics

Ti-Modified (Na0.5K0.5)(TixNb1-x)O3 (NKNT) piezoelectric ceramics were fabricated by double-layer buried powder process at 1020°C for 2 h. The microstructures,and piezoelectric and dielectric properties of the lead-free NKNT ceramics were investigated. X-ray diffraction re-sults indicated that Ti4+ had diffused into the (Na0.5K0.5)NbO3 lattices to form a solid solution with a perovskite structure. The introducing of Ti into the (Na0.5K0.5)NbO3 solid solution effectively reduced the sintering temperature and...     

0.95(K0.5Na0.5)NbO3-0.05Li(Nb0.5Sb0.5)O3无铅压电陶瓷的显微结构分析与电学性能

采用传统固相反应合成法制备0.95(K0.5Na0.5)NbO3-0.05Li(Nb0.5Sb0.5)O3基无铅压电陶瓷,研究了烧结温度对0.95(K0.5Na0.5)NbO3-0.05Li(Nb0.5Sb0.5)O3陶瓷相结构、显微组织和压电介电性能的影响。结果表明,在960~1060℃的温度区间内,所得到的一系列烧结样品在室温下均为纯的钙钛矿型结构,未观察到第二相出现;随着烧结温度的升高,晶粒的平均尺寸显示出先增大后减小的趋势,在1020℃时晶粒的平均粒径达到最大值3.5μm。电学性能分析表明,烧结温度为1020℃时,该体系陶瓷压电介电性能达到最优值:d33=245pC/N,kp=0.42,tanδ=0.03,ε3T3/ε0=640,Ec=2.1kV/mm,Pr=20μC/cm2。     

Piezoelectric and dielectric properties of Lix（K0.46Na0.54） 1-xNb0.86Ta0.1 Sb0.04O3 lead-free ceramics

Lead-free piezoelectric ceramics Lix（K0.46Na0.54）1-xNb0.86Ta0.1Sb0.0403 （with x ranging from 0 to 0.1） were synthesized by conventional solid state sintering method. The effect of cationic substitution of Li for K and Na in the A sites of perovskite lattice on the structure, phase transition behavior and electrical properties were investigated. Morphotropic phase boundaries（MPB） between orthorhombic and tetragonal phase are found in the composition range of 0.06≤x≤0.08. Analogous to Pb（Zr, Ti）O3, the dielectric and piezoelectric properties are enhanced for the composition near the morphotropic phase boundary. The Li0.06（K0.46Na0.54）0.94- Nb0.86Ta0.1Sb0.04O3 ceramics show excellent electrical properties, that is, piezoelectric constant d33=215 pC/N, planar electromechanical coupling factor kp=41%, dielectric constant ε33^T /ε0=1 303, and dielectric loss tan δ=2.45%. The results indicate that Lix（K0.46Na0.54）1 -xNb0.86Ta0.1Sb0.0403 ceramic is a promising lead-free piezoelectric material.     

Microstructure and electrical properties of Ti-modified (Na0.5K0.5)(TiχNb1-χ)O3 lead-free piezoelectric ceramics

Ti-Modified (Na0.5K0.5)(TixNb1-x)O3 (NKNT) piezoelectric ceramics were fabricated by double-layer buffed powder process at 1020℃ for 2 h. The microstructures, and piezoelectric and dielectric properties of the lead-free NKNT ceramics were investigated. X-ray diffraction re-suits indicated that Ti4+ had diffused into the (Na0.5K0.5)NbO3 lattices to form a solid solution with a perovskite structure. The introducing of Ti into the (Na0.5K0.5)NbO3 solid solution effectively reduced the sintering temperature and densified the microstructure with a decreased grain size. The highest relative density reached more than 90%. The highest piezoelectric dielectric coefficient d33 and planar mode electro mechanical coupling coefficient kp were 110 pC/N and 19.5%, which were obtained in the NKNT ceramic with 1 mol% Ti. The piezoelectric properties of the NKNT ceramics were enhanced by aging in air for a period of time owing to the compensation of oxygen vacancies.     

烧结温度对0.9PbZr0.52Ti0.48O3-0.1NaNbO3压电陶瓷结构及电学性能的影响

采用传统固相烧结法制备了钠过量的0.9PbZr0.52Ti0.48O3-0.1NaNbO3(PZT-NN)压电陶瓷,研究了烧结温度对PZT-NN陶瓷晶体结构及其电学性能的影响。XRD结果表明,不同温度烧结的PZT-NN陶瓷均为单一钙钛矿结构,在1125~1150℃温区烧结时,陶瓷发生了由四方相向正交相的相变。随烧结温度进一步升高,压电常数d33、介电常数εr以及剩余极化强度Pr均呈递减趋势,烧结温度为1125℃的PZT-NN陶瓷具有较好的电学性能:d33=218pC/N,εr=851,tanδ=0.02。PZT-NN陶瓷的相对密度随烧结温度的升高而增大,在1150℃时达到95%,钠过量的NaNbO3加入使PZT陶瓷的致密化烧结温度降低了50~150℃。