无铅压电陶瓷(K0.44Na0.52Li0.04)(Ta0.2Nb0.8)O3-xCeO2的制备与性能研究

摘要

铅基压电陶瓷PZT等由于其优良的性能而被广泛应用，但是此类材料中含60％以上的有毒物质铅，在陶瓷的生产、使用和废弃处理过程中挥发出的铅将对人类和生态环境造成不可估量的污染，因此无铅压电材料的研究近年来受到人们越来越多的关注。K0.5Na0.5NbO3(KNN)系列无铅压电陶瓷由于具有较好的压电性能和高的居里温度，被认为是最有潜力取代铅基材料的压电体系之一。
　　本文介绍了无铅压电陶瓷国内外的研究现状，对不同的陶瓷制备工艺进行了比较，利用传统固相反应法制备了(K0.44Na0.52Li0.04)(Ta0.2Nb0.8)O3-xCeO2(x=0,0.0025,0.005,0.0075,0.01,0.0125)无铅压电陶瓷，对制备出的陶瓷样品进行了结构和性能测试。用X射线衍射对陶瓷进行了结构表征，发现陶瓷呈现纯钙钛矿结构。从陶瓷扫描电镜照片发现随着CeO2掺杂量的增加，陶瓷晶粒均匀性改善，晶粒尺寸从未掺杂的5μm减小到2μm。用阿基米德排水法测量陶瓷的密度，发现随CeO2掺杂量的增加样品的密度先逐渐增大然后逐渐减小。对陶瓷进行介电性能测量，发现所有陶瓷样品的正交-四方相变温度TO-T均在室温附近，相变温度范围相对于未掺杂时得到拓宽和平滑。对样品进行电滞回线测量，剩余极化强度随CeO2掺杂量的增加先增加然后减小，而矫顽场随CeO2掺杂量的增加先减小然后增加。用准静态法测量陶瓷样品的压电常数并用谐振-反谐振频率法测量样品的机电耦合系数和机械品质因数，发现掺杂CeO2后比未掺杂时压电性能明显提高，且随着掺杂量的增加样品的压电常数、机电耦合系数和机械品质因数均是先升高后降低。
　　当x=0.0075，陶瓷呈现出最佳性能，密度ρ=4.88 g/cm3，压电系数d33=182 pC/N，机电耦合系数kp=0.31，其正交-四方相变温度为25℃～100℃，相对介电常数εr=590，介电损耗tanδ=1.02%，机械品质因数Qm=28，矫顽场Ec=1.2 kV/mm，Pr=4μC/cm2。CeO2掺杂(K0.44Na0.52Li0.04)(Ta0.2Nb0.8)无铅压电陶瓷具有宽的正交-四方相变温度范围，较好的温度稳定性，良好的压电性能，较低的相对介电常数，较小的机械品质因数，在超声换能器方面有广阔的应用前景。

目录

无铅压电陶瓷(K0.44Na0.52Li0.04)(Ta0.2Nb0.8)O3-xCeO2的制备与性能研究

PREPARATION AND PROPERTIES OF (K0.44Na0.52Li0.04)(Ta0.2Nb0.8)O3-xCeO2 LEAD-FREE PIEZOELECTRIC CERAMICS

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 压电陶瓷的研究现状

1.3 无铅压电陶瓷的应用

1.4 本文的主要研究内容

第2章 KNLTN-xCeO2陶瓷的制备和结构表征

2.1 陶瓷的制备工艺比较

2.2 KNLTN-xCeO2陶瓷的制备

2.3 KNLTN-xCeO2陶瓷的结构表征

2.4 本章小结

第3章 KNLTN-xCeO2陶瓷的介电性能研究

3.1 KNN体系陶瓷的相变改性

3.2 陶瓷的温度稳定性

3.3 KNLTN-xCeO2陶瓷的介电性能测试

3.4 本章小结

第4章 KNLTN-xCeO2陶瓷的铁电和压电性能研究

4.1 KNLTN-xCeO2陶瓷的铁电性能测量

4.2 KNLTN-xCeO2陶瓷的压电性能测量

4.3 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢