(K_(0.44)Na_(0.52)Li_(0.04))(Nb_(0.86)Ta_(0.10)Sb_(0.04))O_3陶瓷的压电性能

采用传统固相法制备Li、Ta和Sb共同掺杂铌酸钾钠(KNN)的(K0.44Na0.52Li0.04)(Nb0.86Ta0.10Sb0.04)O3(KNLNTS)无铅压电陶瓷。研究不同烧结温度对该陶瓷的结构、形貌、致密度以及电学性能的影响。结果表明:不同温度下烧结的陶瓷样品均为钙钛矿相结构;在1 050~1 150℃之间烧结均可获得性能良好的陶瓷样品;1 050℃烧结的样品表现出最佳的综合电学性能,即相对介电常数和压电系数均较大,分别为1 120pC/N和193pC/N,介电损耗较小为2.55%,机械品质因子较大为85,密度较大为4.65g/cm3,且该样品具有饱和的电滞回线。随着烧结温度的升高,陶瓷样品电学性能下降和晶粒增大均与样品中存在着碱金属离子挥发有关。KNLNTS陶瓷样品的Curie温度由不掺杂的KNN陶瓷样品的420℃下降为301℃。     

烧结助剂CuO掺杂对0.97(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3–0.03Bi(Zn_(2/3)Nb_(1/3))O_3陶瓷相结构、微观形貌及电性能的影响

采用传统固相法制备了0.97(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3–0.03Bi(Zn_(2/3)Nb_(1/3))O_3+x CuO(KNN–3BZN–x Cu)陶瓷,探讨烧结助剂CuO对陶瓷烧结,相结构,微观形貌及电性能的影响规律。结果表明:添加CuO降低了KNN–3BZN–x Cu陶瓷的烧结温度。由于固液传质作用,陶瓷晶粒明显长大,形状发生了改变。添加CuO同时优化了陶瓷的介电性能,提高了弛豫性。KNN–3BZN–0.02Cu陶瓷在150~300℃温度范围内具有优异的电性能:介电常数εr=1 886,容温变化率–15%≤ΔC/C150℃≤15%,介电损耗tgδ0.029。同时由于体积密度大,KNN–3BZN–0.02Cu陶瓷具有较高的压电性能:d33=164 p C/N和kp=0.37。     

烧结助剂CuO掺杂对0.97(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3–0.03Bi(Zn_(2/3)Nb_(1/3))O_3陶瓷相结构、微观形貌及电性能的影响

采用传统固相法制备了0.97(K0.5Na0.5)NbO3–0.03Bi(Zn2/3Nb1/3)O3+xCuO(KNN–3BZN–xCu)陶瓷,探讨烧结助剂CuO对陶瓷烧结,相结构,微观形貌及电性能的影响规律。结果表明:添加CuO降低了KNN–3BZN–xCu陶瓷的烧结温度。由于固液传质作用,陶瓷晶粒明显长大,形状发生了改变。添加CuO同时优化了陶瓷的介电性能,提高了弛豫性。KNN–3BZN–0.02Cu陶瓷在150~300℃温度范围内具有优异的电性能:介电常数εr=1886,容温变化率–15%≤ΔC/C150℃≤15%,介电损耗tgδ0.029。同时由于体积密度大,KNN–3BZN–0.02Cu陶瓷具有较高的压电性能:d33=164pC/N和kp=0.37。     

烧结助剂CuO掺杂对0.97(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3–0.03Bi(Zn_(2/3)Nb_(1/3))O_3陶瓷相结构、微观形貌及电性能的影响

采用传统固相法制备了0.97(K0.5Na0.5)NbO3–0.03Bi(Zn2/3Nb1/3)O3+xCuO(KNN–3BZN–xCu)陶瓷,探讨烧结助剂CuO对陶瓷烧结,相结构,微观形貌及电性能的影响规律。结果表明:添加CuO降低了KNN–3BZN–xCu陶瓷的烧结温度。由于固液传质作用,陶瓷晶粒明显长大,形状发生了改变。添加CuO同时优化了陶瓷的介电性能,提高了弛豫性。KNN–3BZN–0.02Cu陶瓷在150~300℃温度范围内具有优异的电性能:介电常数εr=1886,容温变化率–15%≤ΔC/C150℃≤15%,介电损耗tgδ0.029。同时由于体积密度大,KNN–3BZN–0.02Cu陶瓷具有较高的压电性能:d33=164pC/N和kp=0.37。     

烧结助剂CuO掺杂对0.97(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3–0.03Bi(Zn_(2/3)Nb_(1/3))O_3陶瓷相结构、微观形貌及电性能的影响

采用传统固相法制备了0.97(K0.5Na0.5)NbO3–0.03Bi(Zn2/3Nb1/3)O3+xCuO(KNN–3BZN–xCu)陶瓷,探讨烧结助剂CuO对陶瓷烧结,相结构,微观形貌及电性能的影响规律。结果表明:添加CuO降低了KNN–3BZN–xCu陶瓷的烧结温度。由于固液传质作用,陶瓷晶粒明显长大,形状发生了改变。添加CuO同时优化了陶瓷的介电性能,提高了弛豫性。KNN–3BZN–0.02Cu陶瓷在150~300℃温度范围内具有优异的电性能:介电常数εr=1886,容温变化率–15%≤ΔC/C150℃≤15%,介电损耗tgδ0.029。同时由于体积密度大,KNN–3BZN–0.02Cu陶瓷具有较高的压电性能:d33=164pC/N和kp=0.37。     

K_(0.48)Li_(0.02)Na_(0.5)(Nb_(1–x)Sb_x)O_3压电陶瓷的制备与性能

采用微波烧结法制备了锑掺杂改性K_(0.48)Li_(0.02)Na_(0.5)NbO_3(KLNN)压电陶瓷,研究了锑掺杂量(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08)对陶瓷的微观结构、表面形貌、介电性能、压电性能和铁电性能的影响。结果表明:在掺杂范围内,各组分的陶瓷样品均形成了单一的钙钛矿结构,结晶良好,晶粒均匀,说明金属锑在KLNN晶格中可以形成均匀固溶体,改善了KLNN基无铅压电陶瓷的微观结构,提高了其压电性能和铁电性能。在x=0.06时,K_(0.48)Li_(0.02)Na_(0.5)(Nb_(0.94)Sb_(0.06))O_3陶瓷样品的Curie温度介电常数峰(ε_r)、单向电致应变(ε)、压电系数(d_(33))均达到最大值,分别为ε_r=5 557,ε=0.08%,d_(33)=208 pC/N。     

Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3无铅压电陶瓷烧结技术研究进展

Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷具有优异的压电性能,是最有希望取代含铅PZT系压电陶瓷的体系之一,但烧结特性差,难以获得高致密度的陶瓷体是制约其研究发展的关键问题。基于近年来有关Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷的报道,重点从热压烧结法、放电等离子烧结法、添加烧结助剂法以及添加第二组元促进烧结法四个方面,综述了其在烧结制备技术上取得的研究新进展,并对Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷烧结制备技术今后的发展方向提出了一些建议。     

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。     

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。     

Y_2O_3,Fe_2O_3掺杂(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3无铅压电陶瓷的研究

采用固相法制备了(Na0.5Bi0.5)TiO3+xmol%Y2O3+xmol%Fe2O3(0≤x≤1.25)(简称NBTYF)无铅压电陶瓷。XRD衍射结果表明,所有陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构。SEM表明,掺杂后陶瓷的晶粒尺寸增大。介电温谱表明该体系陶瓷具有弛豫特性,随掺杂量的增加,退极化温度Td向低温方向移动,而居里温度Tc向高温方向移动。陶瓷的密度和压电常数d33和随x的增加先增大后减小,而机械品质因子Qm一直下降。当x=1.00时,该体系陶瓷具有最佳压电性能,d33=106pC/N,Qm=93,kp=16.08%,εr=594,tanδ=5.33%,ρ=5.699g/cm3。     

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。     

Ba(Zr_(0.055)Ti_(0.945))O_3含量对[(Na_(0.80)K_(0.16)Li_(0.04))_(0.5)Bi_(0.5)]TiO_3陶瓷性能的影响

系统研究(1-y)[(Na0.80K0.16Li0.04)0.5Bi0.5]TiO3-yBa(Zr0.055Ti0.945)O3无铅压电陶瓷,获得压电应变常数高达185pC/N的0.94[(Na0.80K0.16Li0.04)0.5Bi0.5]-TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3压电陶瓷。样品的晶体结构为三方相、四方相共存,处于准同型相界(morphotropic phase boundary,MPB)附近。该类陶瓷室温MPB的摩尔(下同)含量为0.050y0.065。样品y=0.060在40°左右的(003)、(021)双峰与46.5°左右的(002)、(200)双峰分裂最明显。随着Ba(Zr0.055Ti0.945)O3含量的增加,铁电相-反铁电相相变温度(θd)升高、反铁电相-顺电相相变温度(θm)降低;θd和θm的温差越来越小,材料的弛豫性逐渐降低。     

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℃.     

(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。     

Nd~(3+)掺Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9压电陶瓷的结构与性能

采用固相法制备Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5–x)Nd_xNb_2O_9(NKBN–xNd~(3+),0≤x≤0.40,x为摩尔分数)铋层状无铅压电陶瓷,研究了不同Nd~(3+)掺杂量对NKBN–x Nd陶瓷显微结构、电学性能的影响及NKBN–0.20Nd~(3+)陶瓷高温下的电导行为。结果表明:所有样品均为单一的铋层状结构;当Nd~(3+)的掺杂量x为0.02时,样品的晶粒尺寸减小并趋于均匀,致密度提高;适量的Nd~(3+)掺杂能降低样品的介电损耗,提高NKBN陶瓷的压电常数d33。NKBN–0.20Nd~(3+)陶瓷样品的电学性能最佳:压电常数d_(33)=24 p C/N,机械品质因数Q_m=2 449,tanδ=0.40%,2P_r=1.11μC/cm~2。NKBN–0.20Nd~(3+)样品的阻抗谱表明:在高温区域陶瓷的晶粒对电传导起主要作用,当温度高于600℃时,样品主要表现为本征电导,NKBN–0.20Nd~(3+)和NKBN的电导活化能分别为1.85和1.64 e V。     

Ce掺杂Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9-0.4wt%Cr_2O_3高温无铅压电陶瓷的研究

采用固相法制备了Na0.25K0.25Bi2.5Nb2O9-0.4wt%Cr2O3-xwt%CeO2(x=0.00~1.00)高温无铅压电陶瓷,研究了Ce掺杂对该系列陶瓷微观结构及电性能的影响。结果表明所有样品均为单一的铋层状结构陶瓷,适量的Ce掺杂明显改善了陶瓷的压电与铁电性能,降低了陶瓷的电导率和介电损耗。当掺杂量x=0.50时,样品具有最佳性能:d33=27 pC/N,tanδ=0.09%,kp=7.97%,Qm=2637,Tc=656℃,Ec=46 kV/cm和Pr=4.4μC/cm2,表明该材料在高温领域内具有良好的应用前景。     

(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3-BaTiO_3系陶瓷的介电弛豫性能

采用传统压电陶瓷固相合成法制得了纯钙钛矿相的( 1 -x) (Bi0 5Na0 5 )TiO3 -xBaTiO3 (x=0 02, 0 04,0 06, 0 08, 0 10) (简写作BNBT)系无铅压电陶瓷。研究了1kHz条件下室温到400℃的温度范围内BNBT试样的介电温谱以及3种不同频率下(1、10、100kHz)BNBT-6试样的介电温谱,发现材料在研究组成范围内均为弛豫型铁电体。采用HRTEM研究了该系统的畴结构,表明BNBT钙钛矿结构铁电体的介电性能与复合离子的有序无序排列密切相关,纳米尺度有序微畴对介电弛豫起着重要作用。     

Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3陶瓷介电性能的实验研究

采用柠檬酸盐-自燃烧法制备Na0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷,系统地研究了制备工艺条件对陶瓷性能和结构的影响。柠檬酸浓度、溶液pH值、烧结温度制度对陶瓷的压电性能有很大的影响。当柠檬酸浓度C=9%,pH=8.5,烧结温度为1130℃时,陶瓷具备最大的压电常数,d33可达71.2pc/n。1130℃烧结陶瓷的XRD表明,陶瓷已形成单一钙钛矿结构的钛酸铋钠主晶相。     

压电陶瓷K_(0.5)Na_(0.52)Nb_(1-x)Sb_xO_3的制备研究

采用固相烧结法制备无铅压电陶瓷K_(0.5)Na_(0.52)Nb_(1-x)Sb_xO_3,其掺杂量x取值分别为0、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06,对其进行相关性能和常数测定。通过相关试验及测定得出结论:烧结温度为1 140℃时,掺杂水平x为0.02,样品的压电常数d_(33)=111pC/N,介电常数ε_r=1 200,机械品质因数Q_m=10,机电耦合系数kp=0.387,介电损耗tanδ=0.11,该压电陶瓷具有良好的压电性能和铁电性。