Na與K比對Nb03壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響

1、Na/K比對(Na,K,Li)Nb03壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響J*b4r.THPZT早壓電畀畫的壓電性能優(yōu)界已廣貶應(yīng)用于濾渡器，換粧3f和M功器等01子佶息材料報城口6但星>質(zhì)冊仆散0歸口上的PbO便礙逹熒陶住的產(chǎn)件大II污班怖堆磚覽性施優(yōu)決的新型無梢壓堪村料晁得Jt為追切'化n2004Suto祁對巣昭反應(yīng)棋板晶粒生氏法劇備的報構(gòu)酥K)WXfKNN)£鉛任電陽瓷并TT與曲用Ml壓電陽瓷栩蠱關(guān)的忤陡以半-KNN墜劃瓷檢認(rèn)為姑粥外仆構(gòu)力的兀岀佈電內(nèi)比之一.愛劃糾處者的rttfcjt辻.城km、的居甲.溫反門核向為畑)上壓電嵩散松為80pCNdfA他蔵著B世元索11雜.

2、如L>.Ta和SL兄永梅雜戒希廉搶雜*或看與HaTiOjSrTiOi和Ca"h等耳他鉤鈦礦給構(gòu)體杲的星合+熬町以人初蜃蠱高KNS甚俱瓷的壓電性能1.込韓壓電性It的握樣主鼻歸因卜其柑絡(luò)梅的腐粒.卩ZT體爲(wèi)陸斤成針的枚変發(fā)生結(jié)構(gòu)變址在Zr/Ti比為53/17附抵出現(xiàn)IS方ft!和義方相從存的慮分底鹹兩相共存區(qū)城更爹的覆化方向彌利于醞電性絶前長再井H其度穩(wěn)宦性高、蘇為裡岡熨相畀(tnotphDtropicphiwboundary*MPB)'Z*K)NLO.中何NjlK比為SO,.'MJ附辿也ff在個英似的準(zhǔn)阿取棚算*就賤分處的壓電性能Ett，目前文獻報蔚的山屆K值為

3、】0pC/W叫同時還存在免底宣卅與凹方相共TT的Li城，其床睥于對tfl轉(zhuǎn)變*度的KNNWR室溫卜為正交對賽Snhorhombic.（）,在220XW近存在正交梅四方相（orthorhombic-tetragonalOT>轉(zhuǎn)變h*4Li.TsSb等元索樓雜可以降低此OT相變話度至室H從而莊窒溫下獲得OT相其仔的相結(jié)恂稱之為多形態(tài)相變（polymorphicphase1仏nsilion.PPT）該成分處KNN呈悶瓷召町以提硏至200400pC/N?ul.與準(zhǔn)同5?相界不同的是多形杰相變結(jié)構(gòu)具有滋的ifl度敏感件大億研究報逋住KNN基悶住中進行1J權(quán)雜.同時能快島壓電居甲溫度.有利F壓電陶瓷

4、在髙21下的應(yīng)用其基木思路是在準(zhǔn)同型相尺成分附近的"NbQ中引入U形成OTffl共存的多形左相空.進一步金含耒改弟壓電性靛.Guo弄Ofliifl.血過鴻節(jié)Li的錄爾分?jǐn)?shù)至6%在室趙卜獲肝f具有兩相共存相結(jié)也特征的LWN.KgNbOs需甕其松鍥A£230pC/N.Zhao茅憶在優(yōu)化Li.Na和K含債的基咄上通過改變燒結(jié)說度.利用織金屬崔不同溫度下?lián)]發(fā)的不同制備岀0O58UNbQrOM2周克獲得r為高達(dá)314pC/N的性童Li耶通過闕肖口血.*"K皿）a“NbQ馬住中過lit的Nb含Sb發(fā)現(xiàn)了（X）相共存的準(zhǔn)同教相界.d”按高至279pC/N.PJ時具有良好的溫度息

5、定性.另外調(diào)節(jié)Na/KOj以莊KNN基海直中產(chǎn)陀OO相變同時也可以改善禺瓷的微觀形極.畏高伍電性能莊I等M細(xì)愎調(diào)BK.，Na,NbO,嵐克的Na/K比衣工052處發(fā)現(xiàn)了正交相單斜ffl（orthorhombic-monoclinict（>M）A41共存區(qū)城.3蔦至160pC/N（BJg,Na/K比如何形響O-T相共存的相結(jié)構(gòu)鮮有報道。筆者固定Li的摩爾分敢為$5%研究了Na/K對I.NKN悶僥的KI拮鉤、徵觀殄CZ和電學(xué)性能的彫響垢論/貝有準(zhǔn)同找相界或多形態(tài)相變皓構(gòu)待征的KNN區(qū)翩瓷中1J含和N4I/K比對相結(jié)構(gòu)的協(xié)同形響。1實驗過程1.1粹品制備丈驗所用隊料為K?CO,（99%）和&q

6、uot;CO,（9S.5K）（西戲化工廠有限公司）.gca99%國藥集團化學(xué)試剤有限公an.按化學(xué)式gKi）wa®Nba“0.50>0.51.0.52<0.53,0.54）*取尿料枚人気化輅球IfeHi內(nèi)用無水乙醉和Z心球作0曆介質(zhì)從行星式球倉機上球噌4h.球康J6的粉漿在烘箱中供干750th合成tetSlfc粉體c令成的粉體用緊乙tt«（PVA）作社按ffh用于動壓片機在80MPa下壓制成耳度為1nun和直輕為10mm的圓片壓好的片在1040丫下燒飴2h°把燒結(jié)試樣的兩衣1J翳¥均勻涂上銀漿在600I保溫30min烙銀處現(xiàn)亦透行電學(xué)性能罔試

7、.1.2性能檢測用X射線衍肘儀（Rigaku.D/mw出本檢建罔瓷試件的相結(jié)構(gòu)，用場發(fā)射掃描電子顯fiktt（FE-SEM.SUPRA55,CarlZdzNaUno.口分析關(guān)杳樣品的徴觀結(jié)忖用陽抗分析儀（Agilem4194A5!矣國）和忘消電爐拉制系疣（KGO807亞上海意豐電爐自限公瓷的介泯譜.用準(zhǔn)靜態(tài)壓電試儀（il3ASJ.中國科學(xué)瞬聲學(xué)研究所楫fit働瓷樣品的壓耽常數(shù)必：用輸密蛆抗分析僅（4194A肝.HP公可芙國）利試陽住樣品的諧按照半齊和反諧扳視率/井通過諧撮反諧抿法計篩南克樣品的機電舉臺系5U,2結(jié)果與討淪2.1（NKi.JfUNM）,叫逮的相結(jié)構(gòu)與ffl1表示術(shù)射角分別取206

8、0（a）和30.8憶S時（NaKJawUtt：NbO>附洗的X射線忻射圖譜.僑宵樣品均H有單一鈣鈦礦結(jié)佝段右出現(xiàn)雜相;具有正交對稱性的KNbOPhFg71剛6）標(biāo)準(zhǔn)卡片的特點見31附近折射峰軫晝?yōu)椋?20）.（200）fP（lll）>其屮髙角度的dll）峰的衍肘強度最大.45附近衍射峰劈裂為（022）和（200）.其中低角度的（022）*強度較大.具右四方対稱性的KNbONPDFF7M945標(biāo)準(zhǔn)上園於也存莊類似的劈裂但是31附近傳射枚強峰為低角度的"01峰.45附近折射較強峰為島角度的（200峰。因此x-0.50和0.5】樣品的衍射圖譜與正交對稱的KNMX（Pr）F71-

9、0946）標(biāo)準(zhǔn)卡片吻合喪明詼鮒住樣品為O相.«J-0.52-0.54樣品為OT相共存.這種相結(jié)構(gòu)的變化于KNN中OT相轉(zhuǎn)變出廈的變化.N&soK：wNbO,在奄S3下貝有O相結(jié)恂.220以上為T相站恂并R在N./K-S0/50附近O丁相轉(zhuǎn)變溫度用著Nr含盤的增加而略澈徉低"而U前關(guān)于lltifl度變化的研究餌冇報道-大U文獻報ifi權(quán)余摩爾分?jǐn)?shù)6%的Li便OT相変溫度障低至字溫從而莊審溫下得列OT厲相共存的相結(jié)構(gòu)力莊木研究中展管才一050樣品空溫F仍為（相由于林人了妙爾分敷5.5%的Li,KOT椰轉(zhuǎn)變溫度鞍大館降低.»ttNa/K的增加"的相對茂

10、址增ftlhOT郴轉(zhuǎn)變溫度進一步隊低至宰溫因l«r=O.52.0.53.0.54樣品表現(xiàn)出OT間郴共存的相結(jié)構(gòu)特征.so.iNalr<=0Mt<90.52r-0.5D?=C三±丈丄|,|ffil<N><KAwLieeNMA瓷的X財歿衍射語Fig,1XRI)putcnv.of<XUK,)<»cLXtUNh(Xcmmcs圖2表示（WKiJgUNbO曲瓷的介溫請.測試頻率為lk血由圖可以看出隨首測試溫度的升高所有樣品的相對介電常數(shù)均出現(xiàn)2個坯值分別對應(yīng)正交四方（OT）相和四方立方（C相的2個轉(zhuǎn)變ffl«.EJ7；T和居

11、里溫度曲于U樁雜明顯提真了樣品的A叫所有樣品的7；在460470P之間變化涼于純KNN的420P有利于拓龍壓電陶瓷的使用J&度也BI.由插圧可如7150樣品的Gt為75C隨Nv'K的增加昱味低越勢t=Q52Q54樣品的To至京溫茨明在童沮卩這些樣品為O-T郴共仔.與圖1中X射線衍財分析結(jié)果一致.刃3為（NaKJausUNM）,WS的斯面掃播電直用片.所有樣品均袋現(xiàn)出立方體戒者長方體的晶缸形朝以及明扯的晶界.x-0.50樣品中晶粒尺寸均大于7pm隨著Na含靈的增如晶粒遙漸減70(06an15000琴4000fnm專2000I000offl2(NeK-htnl丄別NbCA的壽愛的介

12、IH溝F®.2Tcmpen»：mrdependenceofrclauvepcrnutiiviiyforNarK«rhwlAkNMXceramics小至大約34凹i,這種受列抑創(chuàng)的品粒生長只因于NaNbO3的作用:m】NaXM)熔點島于KNbONa含金的增加不利丁晶粒生長坨陽3<Na,K.»«的斷口門播電械鷲"(a)-0.50：(b)j-O.52i(c)x-0.54FE-SEMinucesof<NazKi,)<>rNb()icefamic：(a)xw0.50|(b>x0.52»(c)x0.54H3

13、2.2（NitK一）.J入該NbQ陶住的電學(xué)性徒羽4表示（Na,K|J.HiLiteuNQ解輕的電滯問線.由圖可以看出所有樣品的電滝冋線比較飽和表明WftHWR好的恢電性能圖5為（Na.K,陽瓷的轎頑場（氏）和剩余極比強度（PJffiNa/K比的變化圖.E.維持在l52.2kV/mm范00內(nèi)無明顯變化趨勢.jt-0.5C的P為13.6»C/cn?.RfiUNa/K比的增加P.違漸腎低.x=0.54時為6.2泌:/err?.這足因為KNWX是鐵電體而N.NQ是反鐵電體Na含It的增加鐵電性逐漸降低因而R降低。eaCNKi-JcMLkmNbObM的壓電常散du和機電舉合系數(shù)h病Na/K比

14、的變化關(guān)系。r=0.50樣品的al為200?C/N隨著Na/K比的增f/UVnrIB4(NarK.-JLkmNMX的電潘回域Fig.4H)LLnxAtKmhy*tere*i>loop»o(5uuKiwamiCAB5(NKi-r)<U<mNMXP.與E5PrandErof(Na4K；<f)<hiUawNU)!ceramm</瀕升高.在Na/K=053/0.47處達(dá)到j(luò)ft離值263pC/N隨后呈號少舀4入的變化B勢與如類仏在NVK-0.53/0.47達(dá)到*«0.38.這種壓電性能的提升歸因于N./K比的改變所引起F1&6為and(f

15、orthe(WKAMlAKNbtXcmmr«2.3KNN揺鶴住兩相共存區(qū)的化學(xué)姐成陽7表示具有雇同羽相界或多形杰相變結(jié)構(gòu)待征的KNN基刈査中Na/K比與Li含復(fù)的關(guān)系【“*“>打由圖中可以看出當(dāng)Li的摩爾分?jǐn)?shù)V0.04時Na/K的變化町以導(dǎo)致出現(xiàn)(X)或gOM相共存的準(zhǔn)同5!相界但并不足以將OT相變詛度降至室溫而獲得OT相共存的側(cè)兒樣品zm。當(dāng)Li霜爾分ft>0.05時,Na/K比值為1.5時瓷樣品岀JROT相變皿的上升較低的Na/K比如4文中Na/K比值為1.13即可莊窒溫下出現(xiàn)OT相變進一步売升】，i摩爾分散亀過006后冏瓷中易于生成軻青鋼結(jié)構(gòu)的第二相K丄“NbOn.

16、不飆于翩克白發(fā)極化號致壓電性能F降化研究人員通常采用加人過fltN,的辦法來消除雜相O：.W此肖U覆爾分»>0.06后反而在較大的Na/K比值處出現(xiàn)多形玄相變叫«7KNN»R«fi9»RHffl界戍$於歩相變！fl分中分0IC3K比的關(guān)從Fif.7RelationupbetweenLicontentandNa/Kratio(orKNNUsedernmicswithMPBorPPT3結(jié)論1) 成功割備出(N“K一人M：U«>NbO>無竊壓電冏住系統(tǒng)研究了Na/K比對相結(jié)形製和電學(xué)性能的形響.當(dāng)工=050051時樣品為O郴051-0.54時樣品為(AT相共存其主婆原因J6Na/Kit加導(dǎo)SOT相變U度的降低.晶粒生長陌Na含量增加受抑創(chuàng)晶粒尺寸逐漸咸小2) Na含增加P從13.6pC/an2械小到6.2pCzWX保持不愛.由于名形玄相變作用厶和婦在工一053處達(dá)到最衣值分別為263pC/N和0.3871當(dāng)Li的厚爾分?jǐn)?shù)X).05時改變Na/K比可訝列OT共存且Li摩爾分?jǐn)?shù)越ft.Na/K比值<8小.琴文駅(References)1：JaWeIkCookWRJr»JaffeH.P>e®oclcc<nr(Mimic*.；ndon.AcadeniePrm.Vj.1