摘要
压电陶瓷是可以将电能和机械能之间转换的功能材料，可被应用在通信、医疗、航空航天等各大领域。铅基压电陶瓷因其优异的性能而被广泛应用各类电子器件中，但是其含有的铅元素会给人类和环境造成严重危害。因此，开发无铅压电陶瓷来取代铅基陶瓷是一项迫在眉睫且意义重大的课题。铌酸钾钠（KNN）基陶瓷材料具有较好的综合性能，是目前最有希望替代铅基材料的体系之一。本文围绕KNN基陶瓷体系，系统研究了工艺优化、元素取代、以及氧化物掺杂等方法对KNN基压电陶瓷结构及性能的影响，主要研究内容和结果如下： （1）制备了0.94(K0.48Na0.52)0.935Li0.065NbO3-0.06BaZrO3（简称KNLN-BZ）陶瓷，研究了预烧温度和烧结保温时间对陶瓷致密化和电性能的影响规律。研究发现，提高预烧温度会抑制陶瓷晶粒的长大，而延长烧结时间会促进陶瓷晶粒的长大。当在 850 ℃预烧6 h后在1110 ℃烧结5 h时，KNLN-BZ陶瓷获得最佳性能：d33=230 pC/N，kp=0.34。 （2）采用 Sb 元素部分取代 B 位 Nb 元素，用传统固相法成功制备了0.94(K0.48Na0.52)0.935Li0.065Nb1-xSbxO3-0.06BaZrO3（简称KNLNSx-BZ）陶瓷。XRD结果表明Sb会引起陶瓷室温相结构变化，在x=0.055时陶瓷为O-T两相共存结构，并获得了优异的压电性能：d33=280 pC/N，kp=0.36。同时发现K/Na化学计量比变化对KNLNS-BZ陶瓷的相结构有显著的影响，当K/Na化学计量比接近1时，陶瓷处于O-T两相共存结构，相反则为四方或赝立方相。 （3）采用传统固相法制备了KNLNS-BZ-x mol%ZnO无铅压电陶瓷。研究发现过量的ZnO会明显抑制晶粒的生长，同时ZnO掺杂增强了KNLNS-BZ陶瓷的介电弛豫特性，在x=1时弛豫度γ达到1.81，陶瓷取得了优异的压电性能：d33=258 pC/N，kp=0.41。
NETL