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过量钠的铌酸钾钠无铅压电陶瓷的结构和性能的研究

作　者: 刘永勤
导　师: 孙大志
学　校: 上海师范大学
专　业: 应用化学
关键词: 铌酸钾钠介电性能压电性能红外光谱紫外可见光谱
分类号: TM282
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

压电陶瓷材料是一类极为重要的功能材料,在人类的日常生活中应用极为广泛。目前,全球在大量使用的压电陶瓷材料仍是含铅陶瓷,其中含铅量大约为60%左右。由于铅的易挥发性,对人类的日常生活和生产造成了极大的污染。随着环保意识的日益增强,无铅压电陶瓷的研究备受关注。铌酸钾钠是一种具有应用潜力的无铅压电陶瓷材料,被广泛应用于高频超声器件的换能器方面。铌酸钾钠是反铁电体NaNbO₃和铁电体KNbO₃的二元系固溶体陶瓷,这种固溶体Na与K的比例可以在任何范围内连续变化,晶格仍为钙钛矿结构。本文选取铌酸钾钠陶瓷体系,通过掺杂Bi、Fe、Ta元素,采用传统固相方法制备了铌酸钾钠陶瓷NKN（ Na/K比例为0.535/0.48和0.525/0.49）的体系,利用X射线衍射表征了材料的物相结构,通过SEM观察到掺杂Fe、Bi对晶粒形貌有明显的影响,在该体系中,微观形貌的改善对于介电损耗的降低起到了有益的作用;并对Na/K比例为0.535/0.48的NKN体系掺杂少量的Ta也进行了深入讨论。结果显示少量Bi₂O₃·Fe₂O₃的添加有助于NKN陶瓷样品的烧结,在Na/K比例为0.535:0.48时,烧结后的样品基本上为钙钛矿结构,晶粒呈现块状,介电损耗先减小后增大,电导率随含量的增多呈现增大趋势;红外光谱图可看出M-O键吸收峰先减小后增大;Bi³⁺和Fe³⁺对紫外光谱的吸收有一定的影响,在本文中,也对它们之间的机制进行了讨论。本文讨论了影响铁电材料介电性质和电导性质的因素,为今后制备较低介电损耗、介电常数以及体电导率的铁电陶瓷材料提供了参考。并且,还利用红外吸收光谱和紫外-可见光谱进行了光谱学研究,对光谱吸收、电导特性、介电损耗及其相互之间的内在关系进行了分析和讨论。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-22
  1.1 引言  11-14
    1.1.1 压电材料概述  11-12
    1.1.2 铁电体和反铁电体  12-14
  1.2 无铅压电陶瓷研究现状  14-18
    1.2.1 钛酸钡基无铅压电陶瓷  14-16
    1.2.2 钛酸铋钠基无铅压电陶瓷体系  16-17
    1.2.3 铌酸钠基无铅压电陶瓷  17
    1.2.4 铋层状结构无铅压电陶瓷  17-18
    1.2.5 钨青铜结构无铅压电陶瓷  18
  1.3 铌酸钾钠无铅压电陶瓷的研究  18-20
  1.4 选题依据和研究内容  20-22
第二章样品的制备和表征  22-29
  2.1 引言  22
  2.2 陶瓷样品的制备工艺过程  22-24
    2.2.1 主要原料  22-23
    2.2.2 陶瓷样品的制备工艺流程  23-24
  2.3 材料宏观性能的测试  24-26
    2.3.1 陶瓷样品收缩率的计算  24
    2.3.2 相对介电常数ε和介电损耗tanδ的测定  24-25
    2.3.3 电阻的测定及电导的计算  25-26
  2.4 材料微观性能的测试  26-29
    2.4.1 红外吸收光谱的测试(IR)  26
    2.4.2 紫外吸收光谱的测试  26-28
    2.4.3 样品微观结构分析(SEM)  28
    2.4.4 X射线衍射(XRD)结构分析  28-29
第三章 NA_(0.535)K_(0.48)NBO_3-Bi_2O_3-FE_2O_3 陶瓷性能研究  29-43
  3.1 引言  29-30
  3.2 烧结温度对陶瓷烧结性能的影响  30-31
  3.3 掺杂含量对陶瓷宏观性能的影响  31-34
    3.3.1 掺杂含量对陶瓷样品收缩率的变化  31-32
    3.3.2 掺杂含量对陶瓷介电性能的分析  32-33
    3.3.3 掺杂含量对陶瓷电导性能的分析  33-34
  3.4 掺杂含量对陶瓷微观性能的影响  34-41
    3.4.1 掺杂含量对陶瓷相结构的影响  34-36
    3.4.2 掺杂含量对陶瓷显微结构的影响  36-38
    3.4.3 红外光谱性能的分析  38-39
    3.4.4 紫外光谱性能分析  39-41
  3.5 本章小结  41-43
第四章 NA_(0.525)K_(0.49)NBO_3-Bi_2O_3-FE_2O_3 陶瓷性能研究  43-51
  4.1 引言  43
  4.2 掺杂含量对陶瓷宏观性能的影响  43-45
    4.2.1 掺杂含量对陶瓷样品介电性能分析  43-45
    4.2.2 掺杂含量对陶瓷样品电导性能分析  45
  4.3 掺杂含量对陶瓷微观性能的影响  45-49
    4.3.1 掺杂含量对陶瓷样品相结构的影响  45-47
    4.3.2 掺杂含量对陶瓷样品形貌的影响  47-48
    4.3.3 红外光谱测试  48-49
  4.4 本章小结  49-51
第五章 NKNT-BF陶瓷性能研究  51-58
  5.1 引言  51-52
  5.2 烧结温度对陶瓷烧结性能的影响  52-53
  5.3 掺杂含量对陶瓷宏观性能影响研究  53-55
    5.3.1 掺杂含量对陶瓷介电性能影响  53-54
    5.3.2 掺杂含量对陶瓷电导性能影响  54-55
  5.4 掺杂含量对陶瓷微观性能影响研究  55-57
    5.4.1 掺杂含量对陶瓷相结构的影响  55-56
    5.4.2 掺杂含量对陶瓷显微结构的影响  56-57
  5.5 本章小结  57-58
第六章结论和展望  58-60
  6.1 结论  58-59
  6.2 对今后工作的展望  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-66
附录：攻读硕士期间发表的论文  66

过量钠的铌酸钾钠无铅压电陶瓷的结构和性能的研究

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