铌酸钾钠基无铅压电陶瓷性能研究现状及展望

伴随着科学技术的发展和人类环保意识的增强,压电陶瓷无铅化已经成为必然趋势, 而铌酸钾钠KNN(KxNa(1-x)NbO3)基陶瓷以其优异的压电性能和较高的居里温度倍受关注.文中着重从新的组元、离子取代改性、烧结助剂和温度稳定性4个方面总结和分析了近年来KNN基无铅压电陶瓷研究状况,认为进一步提高KNN基陶瓷的电性能,解决温度稳定性问题并深入探索其微观机制应该成为未来的研究热点.提出了把弛豫机制引入KNN基陶瓷中,造成弥散相变,这样既提高了温度稳定性,又保持了较高的介电和压电性能;同时提出要探索纳米微畴对KNN基无铅压电陶瓷电性能的影响;最后对KNN基陶瓷下一阶段的工作进行了展望.     

(K0.5Na0.5)NbO3无铅压电陶瓷的制备及性能研究

目的制备(K0.5Na0.5)NbO3(KNN)无铅压电陶瓷并研究其结构和性能。方法采用传统固相法,用XRD,SEM等手段对KNN无铅压电陶瓷材料的相结构和显微形貌进行了表征。结果KNN压电陶瓷材料为单一的正交晶系的钙钛矿结构。对KNN无铅压电陶瓷的电性能测试表明,KNN陶瓷具有高的压电常数d33=127 pC/N,高的机电耦合系数Kp=0.41,高的温度Tc=428℃和低的介电损耗tanδ=0.028(10 kHz)的优点;KNN陶瓷存在着饱满的电滞回线,其剩余极化率Pr为18.8μC/cm2,其矫顽场Ec为9.65 kV/cm;所得的陶瓷的密度和电性能要远优于用同样制备方法和烧结方式所得的陶瓷的性能,并且也优于用等静压工艺所得的陶瓷的性能。结论KNN陶瓷是高频压电器件较理想的备选材料之一。     

(K,Na)NbO3基无铅压电陶瓷温度稳定性的研究与进展

基于可持续发展的迫切需求,环保型无铅压电陶瓷成为当前压电铁电领域的研究前沿和热点之一.近年来,铌酸钾钠((K,Na)NbO₃,KNN)基无铅压电陶瓷因其迅速提升的压电性能,备受研究者所关注,有望取代部分铅基压电陶瓷.特别是新型相界、纳米畴等调控手段有效提升KNN基陶瓷压电系数至部分铅基水平,使其表现出优异的应用前景,有望应用于加速度传感等器件.然而相比迅速发展的压电性能,KNN陶瓷的压电温度稳定性仍相对进展缓慢,主要归结于其多晶型相界的特征,阻碍其面向实际应用发展.因此,该文结合国内外研究进展,针对KNN基无铅压电陶瓷,重点介绍了其压电系数和电致应变的温度稳定性的研究进展,并对今后该陶瓷温度稳定性的研究提出了一些展望.     

KNN基无铅压电陶瓷的研究进展

KNN基无铅压电陶瓷由于具有优越的电学性能和较高的居里温度而成为最重要的无铅压电材料之一.本文主要综述近期国内外有关铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备新技术,以及在掺杂改性方面的研究进展,并展望了其发展趋势.     

无铅压电陶瓷研究进展

无铅压电陶瓷的研究和开发是当前压电铁电材料领域的研究热点之一.综述了Bi0.5Na0.5TiO3基、K1-xNaxNbO3基、铋层状结构、钨青铜结构及BaTiO3基5类无铅压电陶瓷的研究进展,分析和评价了陶瓷体系、改性方法、制备工艺及陶瓷的压电铁电性能,重点讨论了Bi0.5Na0.5TiO3基与K1-xNaxNbO3基无铅压电陶瓷的体系构建、相变特性及电学性能的温度稳定性等关键科学和技术问题,并就无铅压电陶瓷今后的研究开发提出了几点建议.     

助烧剂CuAlO2掺杂(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷的微观形貌及介电性能研究

目的以偏铝酸亚铜(CuAlO_2简称CA)为助烧剂对铌酸钾钠陶瓷(KNN)进行烧结特性改善并研究掺杂陶瓷的微观结构及介电性能。方法采用传统固相法制备了不同含量CA助烧剂作为第二组元的掺杂铌酸钾钠陶瓷。结果 XRD结果表明烧结温度为1 085℃时KNN-xCA陶瓷样品具有正交相钙钛矿结构;SEM结果表明CuAlO_2助烧剂抑制KNN陶瓷晶粒生长,掺杂系数x=0.01时,KNN-xCA陶瓷晶粒均匀。在20~500℃温度范围内,掺杂系数x=0.01时,KNN-xCA样品的介电损耗较小(≤5%),介电常数较大(≥1 000),介电温度变化率较小,介电性能最佳。结论不同含量的偏铝酸亚铜(CuAlO2)掺杂改善了(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xCuAlO_2(KNN-xCA,x=0.005,0.010,0.015,0.020)陶瓷的烧结性能,微观形貌及介电性能。     

Li部分取代K对KNN基无铅压电陶瓷微结构、晶相和电学性能的影响

研究Li部分取代K对铌酸钾钠(KNN)无铅压电陶瓷性能的影响,选用(Na0.5K0.5-xLix)Nb O3(NKLxN)的配方,通过固相法制备出优良性能的陶瓷样品;运用XRD、SEM研究不同Li含量陶瓷样品的相结构及显微组织;通过压电介电性能测试,确定Li取代K的最佳含量.结果表明,当Li的含量x=0.065时,其d33=205p C/N,kp=46.1%,εr=998,tanδ=0.047,TD=485℃.该NKLxN陶瓷性能优良,在高温压电陶瓷传感器、换能器等方面可能取代铅基压电陶瓷.     

固相法制备新型KNN基近红外透明陶瓷

采用传统固相烧结工艺,注重烧结时的气氛控制,制备了铌酸钾钠(KNN)基无铅透明陶瓷xBa(Sc0.5Nb0.5)O3-(1-x)(K0.5N0.5)NbO3.并对其相结钩、微观结构、压电性能和透光率进行了研究.结果表明:该体系陶瓷具有准立方钙钛矿结构,没有其他杂相,晶粒大小与可见光波长相当,高度致密,无明显的晶界存在.在x=0.05时,d33最高可达到110 pC/N.同时该材料具有良好的透明性,在可见光范围内,透过率达到47％左右,近红外2500 nm处,透过率接近70％,是一种有望取代铅基透明陶瓷的环境友好型无铅透明陶瓷.     

生物活性压电陶瓷在植骨材料的研究进展

目前临床上的植骨材料在使用中有着一定的局限性,例如生物活性不足、骨折不愈合、成骨量有限、材料降解速度与组织生长不匹配等问题.研究具备成骨性能的新型生物活性骨修复材料是目前骨组织工程领域研究的热点和重点之一.介绍了CaTiO3、BaTiO3基无铅压电陶瓷、[(K,Na)NbO3]基(KNN基)无铅压电陶瓷及LiNbO3作为植骨材料的研究进展.生物压电陶瓷有着较好的细胞相容性和组织相容性,具有成为骨替代物的潜力.     

BNT基无铅压电陶瓷研究进展

Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3(BNT)基无铅压电陶瓷,以其良好的电学性能和较高的居里温度等特点而倍受关注.近年来,对该体系陶瓷材料进行研究的报道越来越多.本文结合近年有关BNT基无铅压电陶瓷的报道,从离子掺杂,外掺氧化物及添加烧结助剂三个方面介绍了最新研究进展,并展望了BNT基压电陶瓷的发展趋势.     

CeO2掺杂KNN-LiSbO3无铅压电陶瓷的压电性能研究

利用传统固熔烧结法研究了Ce掺杂的95KNN-5LiSbO3无铅压电陶瓷（简称KNN-LS）的微观结构、压电性质、老化率和防潮性能。实验结果显示,掺杂CeO2对KNN-LS陶瓷在烧结温度、质量损耗、压电性质和微观结构有特殊的影响规律,本文从微观反应机理上对其做了解释。成功制备出高压电常数（255pC/N）、高致密度（98.1%）、低老化率和高防潮性能的无铅压电陶瓷样品,表明这是一种很有应用潜力的无铅压电材料。     

MnO2掺杂的KNN基无铅压电陶瓷的制备及性能

采用传统的固相反应法制备了(1-x)(Na0.65K0.35)0.94Li0.06NbO3-xmol%MnO2无铅压电陶瓷,研究了Mn的掺杂对陶瓷压电和介电性能的影响.实验结果表明,所有的样品都显示出四方相钙钛矿结构.材料的平均晶粒尺寸随着MnO2掺杂量的增加逐渐变大.MnO2的添加使样品的压电常数d33、平面机电耦合系数kp、机械品质因数Qm、介电损耗tanδ和相对密度均得到明显改善.当MnO2的掺杂量为0.50mol%的时候,样品的性能达到最佳:d33=144pC/N,kp=42%,tanδ=2.4%,Qm=168.以上数据表明,该陶瓷材料是一种极具应用潜力的无铅压电陶瓷材料.     

La~(3+)掺杂Bi_(0.5)(Na_(1-x-y)K_xLi_y)_(0.5)TiO_3陶瓷的微结构与电学性能

利用传统的电子陶瓷工艺制备了La^3＋掺杂Bi0．5（Na1-x-yKxLiy）0．5TiO3无铅压电陶瓷,研究了La^3＋掺杂对该体系陶瓷的介电压电性能与微观结构的影响．结果表明,少量的La^3＋掺杂可以改善该陶瓷的微结构;当掺杂量为0．1％时,该陶瓷体系的压电性能有较大的改善,室温下该体系配方的压电常数d33可达215pC／N,径向机电耦合系数kp达到37．4％,但同时介电损耗增大,机械品质因子降低．当掺杂量达到1．5％以后,陶瓷的压电性能严重下降．     

A位非化学计量比对铌酸钾钠陶瓷极化程度的影响

研究了A位非化学计量比对铌酸钾钠陶瓷极化程度的影响。采用固相反应法制备了0.96K0.5+xNa0.5+xNbO3-0.04LiSbO3系无铅压电陶瓷,通过建立钙钛矿结构的极化模型,研究了x取不同值时,外加电场、温度对陶瓷极化及压电性能的影响。研究结果表明:A位适当过量的铌酸钾钠陶瓷极化时,对温度和电场没有强烈依赖性,可以使极化足够充分,能有效提高铌酸钾钠基陶瓷的压电性能;相反,A位不过量的铌酸钾钠陶瓷极化对温度和电场敏感,容易击穿,极化不充分,降低了铌酸钾钠基陶瓷的压电性能。     

金属氧化物在Si3N4陶瓷烧结中的使用现状

Si₃N₄陶瓷具有较高的热导率、良好的耐磨性和耐腐蚀性,高温强度高,且高温稳定性和抗热冲击性好,作为结构材料在机械工业,电子工业和化学工业中广泛应用。由于Si₃N₄陶瓷烧结温度过高,无法在工业生产中大量使用,为了降低其烧结温度、改善烧结致密度和强度等性能,在烧结过程中经常使用烧结助剂。综述了国内外金属氧化物作为烧结助剂在Si₃N₄陶瓷烧结中的研究现状,提出了其烧结过程中存在的问题。     

改性 PbTiO_3 压电陶瓷工艺的研究

针对改性ＰｂＴｉＯ３压电陶瓷制造过程中ＰｂＯ挥发严重的问题，通过降低烧结温度和增加ＰｂＯ气氛两种方法对系统的压电性能进行了研究，得到了烧结温度低、ＰｂＯ挥发量低、压电性能优良的改性ＰｂＴｉＯ３陶瓷．对高含铅量陶瓷材料的研究有指导意义     

SrTiO3掺杂铌酸钾钠粉体的Sol-gel法制备与性能研究

采用溶胶—凝胶技术,以草酸铌为原料、乙二醇为酯化剂来制备钛酸锶(SrTiO3)掺杂铌酸钾钠(Na0.5K0.5)NbO3无铅压电陶瓷粉体。应用TG/DSC技术对干凝胶的成分及溶胶形成过程中的机理进行了研究,使用XRD和SEM对掺杂SrTiO3的纳米粉体进行了物相结构和表面形貌的表征,并研究了SrTiO3的最佳掺杂比例和烧结温度及其对压电性能的影响。