KNN基宽温区无铅陶瓷介质材料的电性能研究

摘要

PbZrxTi(1-x)O3(PZT)基化合物由于具有优异的压电性能,作为压电陶瓷在致动器和换能器领域中占领主导地位已经很久了。PZT材料的缺点之一是其含铅的本质,会对环境产生严重的影响;另外当温度超过150℃时,该材料的电性能的热稳定性会急剧恶化。这就促使人们开展无铅压电陶瓷材料的研究,同时还要求无铅材料具有良好的温度稳定性。在室温下具有正交结构的铌酸钠钾K0.5Na0.5NbO3(KNN)是一种有望代替铅基压电材料的候选体系之一。KNN具有很高的居里点温度(Tc)~420℃,但其正交-四方相转变点~200℃,导致材料压电和介电性能的热稳定性下降。另外,KNN材料的压电响应与PZT压电陶瓷相比还有很大的差距。近十年来,很多小组对KNN进行A位(Ca, Ba, Li等)和B位(Ta, Ti等)元素掺杂,使正交-四方相转变温度(To-t)移至室温附近,获得室温下高的压电和介电响应。通过进一步降低To-t,在室温至居里温度得到一个宽的四方相区域,有望改善压电和介电性能的温度稳定性。
　　因此在本论文中,我们着重研究了KNN基化合物介电性能的温度稳定性,以求找到可以实用的X8R型介质陶瓷。具体研究工作如下:
　　(1)系统地研究了无铅介电材料(1-x)K0.5Na0.5NbO3-xSrVO3(KNN-xSV, x=0.02、0.04、0.08 and0.16)和(1-x)K0.45Na0.49Li0.09NbO3-xBiAlO3(KNLN-xBA, x=0.0、0.02、0.05、0.08和0.10)的介电性能。
　　(2)制备了单相的(K0.5Na0.5)1-3xEuxNbO3(KNENO)和(K0.5Na0.5)1-xEuxNb1-xTixO3(KNENTO)。其中 x=0.005,0.01,0.03和0.05,研究了Eu、Eu和Ti离子取代对陶瓷体系相结构和高温介电性能的影响。
　　(3)合成了 LiF掺杂的无铅压电陶瓷体系:0.996(0.95K0.5Na0.5NbO3-0.05LiSbO3)-0.004BiFeO3(KNNLSBF/xLiF, x=0.0,1.0,1.5 and2.0),研究了不同LiF的添加量对于该体系压电、介电和铁电性能的影响。

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第1章 绪论

1.1 前言

1.2 压电陶瓷概述

1.3 介质材料概述

1.4温度稳定型陶瓷电容器介质材料

1.5 本文研究的目的及意义

第2章 实验样品制备与性能表征方法

2.1 陶瓷的制备工艺概述

2.2 实验原料明细

2.3 实验所用的仪器设备

2.4 陶瓷样品的性能测试

第3章 SrVO3掺杂的Na0.5K0.5NbO3陶瓷的介电性能研究

3.1 前言

3.2 样品的制备与测试

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章Eu元素掺杂KNN陶瓷的结构、介电及铁电性能研究

4.1 前言

4.2 样品的制备与测试

4.3 结果分析与讨论

4.4 本章小结

第5章 Eu和Ti共掺杂 KNN陶瓷的介电性能研究

5.1 前言

5.2 样品的制备与测试

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第6章 KNLN-xBA陶瓷的介电性能研究

6.1前言

6.2样品的制备与测试

6.3结果与讨论：

6.4 本章小结

第7章 LiF对KNN基压电陶瓷相结构和电性能的影响

7.1 前言

7.2 样品的制备与测试

7.3 结果与讨论

7.4 本章小结

第8章 结论

参考文献

致谢

作者简历