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碱金属铌钽锑酸盐无铅压电陶瓷的制备和性能表征

作　者: 方旭升
导　师: 左如忠
学　校: 合肥工业大学
专　业: 材料学
关键词: 碱金属铌酸盐 钙钛矿结构 准同型相界 烧结制度 CuO掺杂 铁电性 压电性 介电性
分类号: TM282
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 95次
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内容摘要


Sb、Ta、Li改性铌酸钾钠体系是当今无铅压电陶瓷领域的研究热点。Sb的电负性比Nb的强,可以增强铌酸钾钠体系的共价性,提高其压电性能。因此,本课题把Sb含量固定在较高值（6mol%）,考虑到烧结过程中Na比K更容易挥发,因此使Na比K稍微过量,在组分(Na0.52K0.48)(Nb0.96Sb0.04)O3的基础上,加入等摩尔量的Li和Ta来形成准同型相界,以期获得优良性能。然后优化烧结工艺,并研究CuO掺杂对基体材料性能的影响。本实验研究范围内,Li+,Ta5+、Sb5+与铌酸钾钠完全均一固溶。钽酸锂的加入改善体系的烧结性能,而粒度分布不均匀;增加钽酸锂含量,材料的室温相结构由正交相向四方相转变,在0.035<x<0.04之间形成准同型相界。相变导致体系的居里温度（Tc）增加,正交-四方相变温度(To-t)向室温移动,从而改善体系性能。x=0.04的样品,性能优良,d33=335 pC/N,kp=53%,ε33T =2063,Qm=41,Tc=291oC,有望作为实际应用。结果表明,加入较高含量的Sb并把组成设计在两相共存区附近,可以有效提高材料性能。烧结制度对样品性能有重要影响。烧结温度低,保温时间短,起始组分中Na过量,导致晶粒异常长大。增加烧结温度,延长保温时间,晶粒生长发育完善,致密度增加,到1100 oC达到最大值;继续增加烧结温度和保温时间,碱金属挥发加剧,致密度降低。同时,碱金属挥发导致样品的To-t向低温方向移动,氧空位增加,居里温度Tc小幅增加,矫顽场Ec增大,进而影响样品的电性能。实验发现,在1100 oC保温3h烧结的样品的综合性能最好。实验中掺杂的（0-1.5）mol%CuO能与基体相完全固溶。CuO的掺杂降低体系的烧结温度:掺杂1mol%CuO并在1020 oC烧结的样品,其密度与1100 oC烧结的未掺杂样品的密度相当。CuO的掺杂小幅降低c/a值,弱化体系的四方性,进而影响其铁电性:掺杂量为（0-0.5）mol%,Cu2+进行A位取代,降低矫顽场Ec,减小c/a值,弱化四方性,剩余极化Pr降低;掺杂量为（0.5-1.5）mol%,Cu2+进行B位取代,增加矫顽场Ec,剩余极化Pr则由于晶粒发育更完善而有所增加。掺杂少量氧化铜（0.125mol%）可以提高材料的压电性能,使d33、kp值增大,Qm值减小;掺杂量超过0.5mol%,d33、kp值降低,Qm值升高。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-13
第一章 绪论  13-25
  1.1 压电陶瓷与压电效应  13-14
  1.2 铁电体及其特性  14-16
    1.2.1 普通铁电体  14-15
    1.2.2 弥散铁电体与弛豫铁电体  15-16
  1.3 无铅压电陶瓷的主要类别  16-19
    1.3.1 铋层状结构无铅压电陶瓷  16
    1.3.2 钨青铜结构无铅压电陶瓷  16-17
    1.3.3 钙钛矿结构无铅压电陶瓷  17-19
  1.4 (K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3 体系无铅压电陶瓷的研究进展  19-23
    1.4.1 工艺改进  20-22
    1.4.2 掺杂改性  22
    1.4.3 添加第二组元  22-23
    1.4.4 离子取代改性研究  23
  1.5 本课题的研究思路、研究内容及意义  23-25
    1.5.1 准同型相界在铌酸钾钠体系研究中的意义  23-24
    1.5.2 本课题的研究思路与内容  24-25
第二章 NKNS-xLT 体系无铅压电陶瓷的制备和性能  25-31
  2.1 引言  25
  2.2 样品的制备与测试  25-27
    2.2.1 样品的制备  25-26
    2.2.2 样品的测试  26-27
  2.3 结果分析与讨论  27-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章 烧结工艺对NKNS-0.04LT 无铅压电陶瓷性能的影响  31-42
  3.1 引言  31
  3.2 关于烧结温度的研究  31-36
    3.2.1 样品的制备与测试  31-32
    3.2.2 结果分析与讨论  32-36
    3.2.3 本节小结  36
  3.3 关于优化烧结保温时间的研究  36-41
    3.3.1 样品的制备与测试  36
    3.3.2 结果分析与讨论  36-40
    3.3.3 本节小结  40-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章 CuO 掺杂对NKNS-0.04LT 无铅压电陶瓷性能的影响  42-52
  4.1 引言  42
  4.2 样品的制备与测试  42
    4.2.1 样品的制备  42
    4.2.2 样品的测试  42
  4.3 结果分析与讨论  42-51
    4.3.1 烧结温度对掺杂0.25mol% CuO 的样品的性能影响  43-47
    4.3.2 CuO 掺杂量对1060℃烧结的样品的性能的影响  47-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章 结论  52-53
展望  53-54
参考文献  54-62
攻读硕士学位期间发表的论文  62-64

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电工材料 > 电工陶瓷材料 > 压电陶瓷材料
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