(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.     

铜掺杂对(Na0.5K0.5)NbO3无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统固相反应法对(Na0.5K0.5)NbO3压电陶瓷进行铜掺杂改性研究。使用SEM、XRD并结合常规压电陶瓷性能测试手段对该体系的显微结构、压电性能等进行表征。研究结果表明:CuO的掺入使材料出现“硬化”现象,即材料的压电系数d33、平面机电耦合系数Kp和介电损耗tanδ下降了,机械品质因子Qm大大提高;CuO掺入量在1%mol时各项性能最佳。另外,从SEM图片中可以看出:(Na0.5K0.5)NbO3压电陶瓷材料的平均晶粒尺寸随着CuO掺入量的增加明显变大。这表明CuO有烧结助熔作用,能降低烧成温度。     

Sb3+掺杂Li0.02(Na0.53K0.48)0.98Nb0.8Ta0.2O3无铅压电陶瓷的电学性能

用传统的固相反应烧结法制备了Li0.02(Na0.53K0.48)0.98 Nb0.8Ta0.2O3-xSb2O3(LNKNT-xSb2O3)无铅压电陶瓷,研究了Sb3+掺杂对陶瓷晶体结构、显微结构及压电性能的影响.研究结果表明,Sb3+掺杂LNKNT陶瓷属于明显的“软性”掺杂,少量掺杂Sb3+能显著提高陶瓷的烧结及压电性能.当烧结温度为1100℃,掺杂量为2wt％时,LNKNT-0.02Sb陶瓷达到最好的压电性能:d33=193 pC/N,KP=49.5％,εr=779,Pr=16μC/cm2,应变达到2.3％,但机械品质因数QM从110.97降低到了85,介电损耗tanδ从1.66％增加到了2.01％.     

（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     

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。     

微波水热法制备(1-x) K0.55Na0.45NbO3-xLiSbO3系无铅压电陶瓷

以分析纯NaOH,KOH,Li2CO3,Nb2O5,Sb2O3等为原料,采用微波水热法合成(1-x)K0.55Na0.45NbO3-xLiSbO3(KNNLS,x =0.03～0.07mol)粉体,分析了粉体的晶体结构与形貌.以该粉体制备压电陶瓷,系统研究了LiSbO3含量对压电陶瓷结构与性能的影响.研究结果表明:微波水热法在220℃下保温30min可以合成具有纯正交钙钛矿结构的KNNLS(x=0.03～0.07)粉体,粉体呈立方状,尺寸约0.5～1μm.利用该粉体制备的压电陶瓷结构致密,晶粒大小分布均匀.当x=0.05时,该组成陶瓷具有最佳的综合压电性能:压电常数d33=110 pC/N,平面机电耦合系数kp=0.29,介电常数εT33/ε0=466,介质损耗tanδ =1.4％以及机械品质因素Qm=107.     

水热法制备钛酸铋钠无铅压电陶瓷粉体

以Bi(NO3)3·5H2O和纳米级Ti O2分别作为铋源和钛源,Na OH作为钠源和矿化剂,采用水热法制备钛酸铋钠无铅压电陶瓷粉体,(Na,Bi)Ti O3(NBT)粉体,并对样品进行了XRD和SEM表征。结果表明,水热反应温度为200℃时保温6 h,Na OH浓度为6 mol/L时,可制得结晶完全的立方相NBT,粉体呈球形,粒径约为1μm。水热反应温度、矿化剂浓度和反应时间的增加能促使晶化反应的进行和晶粒长大。     

水热法制备(Na0.82K0.18)0.5Bi0.5TiO3陶瓷粉体及其介电性能研究

以NaNO3,KNO3,Bi(NO3)3·5H2O和Ti(OC4H9)4为原料,NaOH为矿化剂,采用水热法成功制备了(Na0.82K0.18)0.5Bi0.5TiO3 (NKBT)粉体.研究了反应温度、反应时间和NaOH浓度对NKBT粉体制备的影响.运用XRD、SEM对制备的NKBT粉体进行了测试.测试结果显示,通过调整水热反应条件可对NKBT粉体的微观形貌进行控制.采用传统烧结法可将水热法制备的NKBT粉体烧结为致密的NKBT陶瓷.     

(Na,K)NbO_3基无铅压电陶瓷的研究进展

本文主要综述近几年来国内外有关(Na,K)NbO3基无铅压电陶瓷体系的加压固相烧结技术、液相助烧致密化技术、掺杂改性、相结构调控以及相关机理研究方面的研究进展和动向,并展望该陶瓷体系在医疗超声换能器技术方面的应用前景。     

Y2O3掺杂对(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3无铅压电陶瓷性能的影响研究

采用传统固相反应法制备了Y2O3掺杂(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3(简写为BNBT6)陶瓷[简称为BNBT6-x(wt%)Y2O3陶瓷].研究了Y2O3 (0.2wt%～0.8wt%)掺杂对BNBT6陶瓷的结构、介电、压电、铁电性能的影响.结果表明,所有Y2O3掺杂陶瓷样品均形成了单一的钙钛矿结构;陶瓷的介电、压电、铁电性能受Y2O3掺杂的影响较为显著:当掺杂0.4wt%Y2O3时,10 kHz频率下测得的室温εr达到1530,且tanδ较小,为0.050,d33达到152 pC/N,kp=0.27,Qm=134.掺杂0.2wt%的Y2O3时BNBT6陶瓷的d33为145 pC/N,kp增大到0.29,Qm达到173,tanδ为0.053;掺杂适量Y2O3的BNBT6陶瓷铁电性能也得到改善.     

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℃.     

(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。     

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。     

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。     

氧化铝-氧化锆复合陶瓷粉体的水热法制备及高温灼烧处理

采用水热法制备了氧化铝摩尔分数为５％－８２％的γ－ＡｌＯＯＨ－ＺｒＯ２复合陶瓷粉体,系统研究了前驱物中氧化铝含量、水热反应条件以及帮化剂的引入对产物物相、生长形态瘃粒度的影响;研究了粉体在不同温度下灼烧处理过程中发生的相转变及形态、粒度变化,证实了在此过程中可形成氧化铝－氧化锆固溶体。     

DyFeO_3纳米粉体的制备工艺与性能研究

采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法合成工艺制备得到了DyFeO3纳米粉体,通过热分析(DTA/TG),X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分析探讨了溶液pH值对单相DyFeO3的形成和粉末晶粒尺寸大小的影响。研究结果表明,干凝胶能够在400℃以下燃烧基本完全,当pH值为3时,几乎没有杂相的生成,将单相DyFeO3纳米粉体在750℃煅烧温度下并保温三个小时,微晶的尺寸大小在35～80nm范围内。     

ZnO和CuO烧结助剂对KNN压电陶瓷性能的影响

以微波水热法制备的KNN粉体为原料,添加1mol%ZnO、1mol%CuO烧结助剂,采用传统电子陶瓷制备方法,研究了烧结助剂对KNN陶瓷的陶瓷体积密度、显微结构和电性能的影响,结果表明:添加烧结助剂ZnO和CuO可以降低KNN陶瓷的烧结温度,提高KNN陶瓷的体积密度;与此同时,ZnO和CuO添加后降低了KNN无铅压电陶瓷的压电常数d33、介电常数ε33T/ε0,但机械品质因数Qm得到很大的提高,介电损耗tanδ明显降低。其中CuO烧结助剂可以使KNN陶瓷的d33由142 pC/N降低至118 pC/N,Qm值由82提高至427,tanδ由2.46%降低至0.64%。     

水热法制备ZrO2(3Y)纳米粉体中复合矿化剂的作用

本文以K2CO3／KOH复合矿化剂水溶液作为反应介质，水热制备四方相ZrO2（3Y）纳米粉体，并借助XRD、TEM、BET等测试手段，对粉体的性能进行表征。实验结果表明：随着K2CO3/KOH浓度（0．1M、0．3M、0．5M、0．7M）的增加，ZrO2（3Y）粉体的比表面积呈下降趋势，对应的等比表面积当量球径呈上升趋势，晶粒尺寸增大；随着K2COJKOH比率（1，2，3）的增加，粉体的比表面积由于矿化剂浓度的增加而下降的趋势更加明显。     

CeO2、Sb2O3掺杂(Na0.88K0.12)0.5Bi0.5TiO3无铅陶瓷的压电性能研究

采用传统陶瓷的制备方法制备了CeO2(0～1.0wt%)和Sb2O3(0～0.6wt%)掺杂的(Na0.88K0.12)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷。运用XRD技术研究了样品的晶体结构,测试并分析了样品的介电、压电性能以及谐振频率温度系数。结果表明:所有组成均呈三方结构的钙钛矿型固溶体特征。在适当掺杂剂用量范围内,压电陶瓷的压电常数、介电常数和介电损耗升高,而平面机电耦合系数降低。CeO2和Sb2O3掺杂均改善了(Na0.88K0.12)0.5Bi0.5TiO3压电陶瓷频率温度稳定性。