原料和受主掺杂对铌酸钾钠基无铅压电陶瓷制备和电性能的影响

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:_STLer
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(K,Na)Nb03(KNN)基无铅压电陶瓷材料被认为是最有可能取代锆钛酸铅铅基压电陶瓷的一类陶瓷材料,近年来受到了广泛的关注。本文围绕五氧化二铌原料和受主掺杂对KNN基压电陶瓷的烧结和电性能影响开展研究,利用两步法烧结改善KNN的性能,探究如何制备单一钙钛矿相KNN基高熵氧化物陶瓷。首先对四种不同五氧化二铌作为原料制备的KNN陶瓷进行分析,发现四种五氧化二铌制备所得KNN陶瓷在微观结构和性能上有明显的差异。现有的实验条件下,高纯五氧化二铌作为原料制备的KNN陶瓷d33能够达到129Cp/N,明显优于其它种类的五氧化二铌作为原料制备的KNN陶瓷。进一步研究发现两步法烧结能够有效消除以单斜晶型为主的五氧化二铌原料对KNN陶瓷烧结和性能带来的负面影响,有效的提高了以其为原料制备的KNN陶瓷d33,并与文献中报道的d33值相近。其次,研究了 Cu2+、Sc3+、Ge4+受主掺杂对KNN基陶瓷的烧结和压电铁电性的影响,发现适宜的Cu2+掺杂可以明显提高KNN陶瓷的Qm值,而Sc5+和Ge4+的掺杂对于机械品质因数的提高却没有明显的作用。Cu2+、Sc3+、Ge4+所带有效电荷不同,和氧空位产生的吸引力有差别,Cu2+取代Nb5+产生的缺陷和氧空位缺陷间的吸引力最大,形成缺陷偶极子,限制了畴壁的移动,从而增大了机械品质因素。通过在 KNN 陶瓷中引入 Li+,Ag+,Ba2+,Mg2+,Bi3+,Ti4+,Zr4+,Sb5+,Ta5+等元素探究如何制备高熵氧化物陶瓷,多配方实验结果表明,在配方(1-x)[(K0.48Na0.52)0.95Li0.05](Nb0.85Ta0.15)O3-xBi(Mg0.5Ti05)O3)简称(1-x)KNN-xBMT(x=0,2,4,6,8,10,12,14,16mol%)下可以获得高熵氧化物陶瓷,熵增加会导致陶瓷的相结构从四方相向立方相转变。
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