论文部分内容阅读
压电陶瓷是一类极为重要的功能材料，其应用已遍及人类日常生活及生产的各个角落。目前，全球在大量使用的压电陶瓷材料仍是传统的含铅压电陶瓷，其中铅元素含量高达60％以上。由于铅的易挥发性，在生产、制备、使用及废弃处理中都会对环境造成极大的污染。随着环保意识的日益深入，国际上正积极通过法律、法规、政府指令等形式对含铅的电子产品加以禁止。作为无铅材料的碱金属铌酸盐备受压电材料研究领域关注。本文选取铌酸钾钠陶瓷体系，通过掺杂Sr、Ti、Ta、Cu元素，采用传统固相烧结方法制备了（1-x）(K0.5Na0.5NbO3-xSrTiO3（KNN-STO）、(K0.5Na0.5)(Nb0.95Ta0.05)O3-xCH（NO3）2（KNNT-Cu）两大体系压电陶瓷，同时系统研究了这些掺杂离子对铌酸钾钠陶瓷性能的影响规律。 采用传统陶瓷制备方法制备出KNN-STO陶瓷，研究了SrTiO3对KNN陶瓷材料晶体结构和介电性能的影响。SrTiO3的加入极大改善了KNN压电陶瓷的烧结性能，在常压条件下得到的陶瓷的实际密度占理论密度的97％以上。随着立方相SrTiO3的加入，KNN基陶瓷的相结构由正交相转变为假立方相，同时SrTiO3的加入也使得KNN基压电陶瓷的介电性能大大提高，介电损耗降低，频率稳定性增强，并表现出驰豫性铁电体的特征。 为了较大提高KNN基压电陶瓷机械品质因数（Qm），同时保证机电耦合系数（kp），我们给KNNT体系陶瓷添加小于1mol.％的Cu元素。试验结果表明，掺杂一定量的Cu离子后，陶瓷的介电常数（ε），平面振动机电耦合系数（kp），压电常数(d33)，和机械品质因数（Qm）分别为：320～450，0.21～0.41，70～110（pC／N），105～979。通过研究该体系材料的介电温谱，发现居里温度（Tc）接近400℃，介电常数小于500，损耗小于1％。通过对比研究KNN、KNNT、KNNT-Cu压电陶瓷的介电行为，发现Ta、Cu的加入有效改善了KNN基压电陶瓷材料的频率稳定性和经时稳定性。KNNT-Cu基压电陶瓷是一种非常有希望用于中频滤波器及高温领域的压电材料，其应用前景良好。