Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷放电等离子烧结的制备工艺

由于Na,K在高温下容易挥发,因而采用普通陶瓷烧结工艺难以得到致密的碱金属铌酸盐系陶瓷,只能通过热压烧结制备高密度的铌酸钾钠(NaNbO3-KNbO3)系无铅压电陶瓷.本研究采用放电等离子烧结(SparkPlasma Sintering,SPS)技术,通过配料、研磨混料、焙烧、SPS烧结、退火工艺后,制备出白色略带黄色的Na0.5K0.5NbO3压电陶瓷试样.在烧结过程中,没有观察到明显的碱挥发,试样密度随烧结温度的增加而增大,860℃以上温度烧结时,试样的密度达到4.22g/cm3(为理论密度的92%).采用分步极化方法对试样进行极化,即先在高温下用低电压极化,再在低温下用高电压极化,极化后样品的压电常数d33为37pC/N～49pC/N.

织构化K0.5Na0.5NbO3无铅压电陶瓷的性能研究

以分析纯Na2CO3、Bi2O3和Nb2O5为原料,以NaCl为熔盐,采用二次熔盐法和拓扑化学反应法合成各向异性片状NaNbO3粉体。以该片状NaNbO3粉体为模板晶粒,以固相法合成的NaNbO3和KNbO3粉体为基料,采用流延工艺制备出较高取向度的织构化K0.5Na0.5NbO3(KNN)无铅压电陶瓷,系统研究了模板含量、烧结温度和保温时间等工艺参数对织构化KNN陶瓷显微结构和压电性能的影响规律。研究结果表明:随着模板含量的增加,陶瓷的取向度逐渐增加,当模板含量为15 wt%时,陶瓷的取向度可达0.69,当模板含量为10 wt%,1100℃下保温5 h烧结,可以获得具有一定织构度(f=0.58)的KNN陶瓷,并表现出优异的压电性能,d33=128 pC/N。

Ag^+掺杂Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3无铅压电陶瓷的无压烧结及性能研究

铅基压电陶瓷在制备、使用及废弃处理过程中都会造成环境污染,随着环保意识的增强,无铅压电陶瓷必将逐步替代铅基压电陶瓷。Na0.5K0.5NbO3是一种很有潜力的无铅压电陶瓷,掺杂各种元素提升Na0.5K0.5NbO3陶瓷的压电性能成为当今研究热点之一。本研究以Ag2O、Na2CO3、K2CO3、Nb2O5为原料,经750℃焙烧分别合成了Na0.5K0.5NbO3和AgNbO3粉料,再经配料、混料与成型,在1060℃埋粉烧结,制备出Ag+掺杂的Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷(xAgNbO3-(1-x)Na0.5K0.5NbO3,ANKN),并在较宽成分范围内(Ag+含量,x=0～50at%)系统研究了Ag+掺杂对ANKN陶瓷性能的影响。XRD结果表明,ANKN陶瓷的主相为钙钛矿型结构,当x>16at%,开始出现K5.75Nb10.85O30杂相,随着Ag掺杂量的增加,杂相的衍射峰增强。电学性能测试结果表明,当x<20at%,随Ag掺杂量的增加ANKN陶瓷的压电常数、介电常数等略有升高;当x>20at%,ANKN陶瓷的各项性能均开始降低;Ag掺加量为x=16at%时ANKN陶瓷性能最佳,压电常数d33达到110pC/N,平面机电耦合系数kp为30%,相对介电常数εr为358,居里温度Tc为300℃。

Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3织构化陶瓷制备与表征

采用凝固法制备出各向异性的片状钛酸钡作为模板,利用模板晶粒生长(TGG)法制备出Na0.5K0.5NbO3(NKN)织构化陶瓷.研究了NKN织构化陶瓷的工艺、组织和性能.研究结果表明,钛酸钡可以作为NKN陶瓷的模板,在陶瓷烧结过程中诱导NKN晶粒的生长,模板的取向决定了NKN陶瓷晶粒取向,随着烧结温度的升高陶瓷的压电性能(d33)达到69 pC/N,在合理的烧结工艺下得到了取向比较明显的织构化陶瓷.

Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3无铅压电陶瓷烧结技术研究进展

Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷具有优异的压电性能,是最有希望取代含铅PZT系压电陶瓷的体系之一,但烧结特性差,难以获得高致密度的陶瓷体是制约其研究发展的关键问题。基于近年来有关Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷的报道,重点从热压烧结法、放电等离子烧结法、添加烧结助剂法以及添加第二组元促进烧结法四个方面,综述了其在烧结制备技术上取得的研究新进展,并对Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷烧结制备技术今后的发展方向提出了一些建议。

(K_(0．5)Na_(0．5))NbO_3-LiNbO_3无铅压电陶瓷的烧结特性和压电性能研究

采用传统陶瓷烧结工艺制备了(1-x)(K0．5Na0．5)NbO3-xLiNbO3无铅压电陶瓷,研究了陶瓷的结构、烧结特性及电性能特征．制备的(K0．5Na0．5)NbO3-LiNbO3陶瓷为单一的钙钛矿结构,室温下其相结构随LiNbO3含量增加逐渐由正交相向四方相转变,显微结构也由于LiNbO3含量的不同而表现出很大差异．与(K0．5Na0 5)NbO3陶瓷相比,(K0．5Na0．5)NbO3-LiNbO3陶瓷的烧结温度降低,烧结特性得到改善．(K0．5Na0．5)NbO3-LiNbO3陶瓷表现出优越的压电性能,其中0．94(K0．5Na0．5)NbO3-0．06LiNbO3(x=0．06)陶瓷的压电常数d33达到205pC／N,机电耦合系数kp为40．3％,kt达到49．8％．

(Na_(0．5)K_(0．5))NbO_3基无铅压电陶瓷的研究进展

由于钙钛矿结构无铅压电陶瓷具有高的压电性能,已成为无铅压电陶瓷研究的热点．本文综述了钙钛矿结构无铅压电陶瓷(Na_(0．5)K_(0.5))NbO_3的研究进展和趋势．重点从添加第二组元、添加助烧剂、取代改性和制备方法四个方面,归纳和分析了(Na_(0．5)K_(0．5))NbO_3基无铅压电陶瓷的研究开发进展,并对(Na_(0.5)K_(0．5))NbO_3基无铅压电陶瓷今后的研究和发展提出一些建议．

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.

BNT基无铅压电陶瓷的研究与进展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之二

Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷是目前研究最广泛、最具吸引力的无铅压电陶瓷体系。本文分析了BNT基无铅压电陶瓷近20年的发明专利,着重讨论了相关体系的压电铁电性能,并展望了BNT基压电陶瓷今后的发展趋势。

(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3基无铅压电陶瓷研究进展

综述了(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3(简写为NBT)基无铅压电陶瓷的发展现状、特性及影响因素,用分子轨道理论解释了NBT强铁电性的成因,对研究较多的三个体系:NBT-ATiO_3(A=Ca,Sr,Ba)、NBT-BNbO_3(B=Na,K)和NBT-Ln掺杂体系给予了概括介绍,内容包括成分配比、性能和应用,并提出了NBT基无铅压电陶瓷的设计原则。

(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3系无铅压电陶瓷研究现状与展望

BNT陶瓷由于具有良好的压电性、高居里温度和烧结过程中无毒、易控制性等优点而倍受青睐。本文介绍了无铅压电陶瓷的研究概况、相变过程及其基本性质、制备工艺,根据已有的研究经验着重对BNT陶瓷掺杂改性进行了探讨,并展望了它的发展前景。

(1-x)K0.5Na0.5NbO3-xBi(Mg0.5Ti0.5)O3无铅弛豫铁电陶瓷的介电、铁电和高储能行为

利用传统固相法制备了(1–x)K0.5Na0.5NbO3-xBi(Mg0.5Ti0.5)O3(简写:(1–x)KNN-x BMT,x=0.05,0.10,0.15,0.20)无铅弛豫铁电陶瓷,并对其相结构、微观形貌、介电特性与储能行为进行了系统的研究.研究结果表明,随着BMT含量的增加,(1–x)KNN-x BMT陶瓷由正常铁电体逐渐转变为弛豫铁电体,表现出强烈的弥散相变特征,其最大极化强度Pmax随之逐渐降低.当x=0.15时,陶瓷具有最大的击穿电场,为275 kV·cm^–1.采用间接方式对(1–x)KNN-x BMT陶瓷的储能性能进行计算,发现当BMT的含量为x=0.15时,可获得最佳的储能性能:当场强为275 kV·cm^–1时,可释放储能密度Wrec为2.25 J·cm^–3,储能效率h高达84%.鉴于实际应用的需求,对各组分陶瓷进行直接测试,结果表明随掺杂量的增加,储能密度Wdis呈现先增大后减小的变化趋势,当x=0.15时,储能密度为1.54 J·cm^–3,放电时间仅为88 ns.另外,该材料在1—50 Hz范围内具有良好的频率稳定性,在25—125℃范围内具有良好的温度稳定性,储能密度的变化量低于8%.该研究表明KNN-BMT陶瓷在环境友好高储能密度电容器领域具有广阔的应用前景.

钛酸铋钠钾锂无铅陶瓷的柠檬酸制备技术

以钠、钾、锂的碳酸盐为原料,采用柠檬酸盐—凝胶法制备了B i0.5(Na1-x-yL ixKy)0.5TiO3无铅压电陶瓷,研究了影响凝胶合成的各种工艺条件,利用TG-DTA,SEM,XRD,纳米粒度分析等技术分析了凝胶预烧温度及预烧粉体的粒度分布。研究结果表明:柠檬酸与金属离子的物质的量比、溶液浓度、pH是影响前驱液与凝胶形成的主要因素;用柠檬酸盐—凝胶法合成的B i0.5(Na1-x-yL ixKy)TiO3粉体粒度细小均匀,合成温度低;陶瓷的压电常数d33可达138 pC/N,其平面机电耦合系数kp为0.30。

三种化学方法合成K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3粉体的机理比较

采用溶胶-凝胶法、水热法和溶胶-凝胶-水热法三种化学方法合成K0.5Bi0.5TiO3(KBT)无铅压电陶瓷粉体.用X射线衍射(XRD)分析产物的结构,用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察产物的形貌.实验结果表明,三种化学方法均可获得纯钙钛矿相KBT粉体,但不同工艺获得的粉体在形貌和生成机制上有很大的不同.溶胶-凝胶法属高温固相扩散机制,需要700℃以上温度煅烧才可获得KBT纯相,且粉体颗粒度大、团聚严重.水热法符合溶解-结晶机制,生长出四方形的KBT纳米片.溶胶-凝胶-水热法利用了凝胶团聚体空间链状结构的模板作用,通过原位结晶机制生长出KBT纳米线.

高性能无铅压电陶瓷(Bi_(0.5)Na_(0.5))_(0.94)Ba_(0.06)TiO_3的制备与性能

采用企业的电子陶瓷工艺制备了(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3(BNTBT-6)无铅压电陶瓷,研究了制备工艺对BNTBT-6陶瓷的晶相、微观结构与介电压电性能的影响。研究结果表明,烧结方式会对BNTBT-6陶瓷的晶相和性能产生一定的影响。电学性能研究结果表明,湿磨盖烧BNTBT-6陶瓷样品的压电性能优良,室温下陶瓷样品的压电常数d33达到195pC/N,机电耦合系数kp为35%,机械质量因子Qm达到130,介电损耗tgδ为0.025。

Bi0．5Na0．5TiO3基A位多重复合无铅压电陶瓷的研制

针对钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3)基复合钙钛矿压电铁电材料,发明了多种新的ABO3型A位多重复合无铅压电陶瓷体系.这些新的无铅压电陶瓷具有压电铁电性能优良、铁电电滞回线矩形度高、压电铁电性能的温度特性好、工艺稳定性和重复性好等特点.所测得的一个体系(Bi0.5(Na1-x-yKxLiy)0.5TiO3)的d33达230pC/N,其kp达0.40,Pr达40μC/cm2,矫顽场Ec则较低(小于4 kV/mm);变温铁电电滞回线测试表明,在温度接近200℃时,该陶瓷还具有很好的铁电电滞回线.该体系无铅压电陶瓷性能优异,工艺性好,具有实用性.

从PZT体系看无铅压电陶瓷的可能应用

总结了主要以(Bi0.5Na0.5)TiO3和NaNbO3为基的无铅压电陶瓷的性能,以Pb(Ti,Zr)TiO3基二元系、三元系压电陶瓷的性能与应用为参考,分析了无铅压电陶瓷可能的器件应用。此外,还对拓宽无铅压电陶瓷应用需要改进的性能提出了建议。

K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3无铅压电陶瓷的烧结特性

为了制备高性能无铅压电陶瓷,采用固相合成法和水热法合成了(KxNa1-x)NbO3(KNN)无铅压电陶瓷粉体。利用压制成型法在不同压力下成型,对不同粉体的烧结性能进行了对比,研究了粘结剂(PVA)添加量和陶瓷密度之间的关系,测量了用不同电压极化后陶瓷的压电特性,以及介电常数与温度之间的关系。结果表明:与固相合成法相比,水热合成的粉体有更好的烧结性,添加K会降低陶瓷的烧结性,陶瓷的密度对烧结温度非常敏感。1 050℃保温2 h得到的K0.5Na0.5NbO3陶瓷具有较高的压电常数d33(90 pC/N),该陶瓷的居里温度为410℃。

铋掺杂对(Na_(0.5)K_(0.5))NbO_3无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了掺铋(Na0.5K0.5)NbO3(NKN)无铅压电致密陶瓷,研究了Bi2O3对(Na0.5K0.5)NbO3晶体结构和压电性能的影响。结果表明:当Bi2O3含量小于0.7%(质量分数,下同)时,能得到具有纯钙钛矿结构的NKN基陶瓷,其烧结温度随着Bi2O3掺杂量的增加而升高,试样密度与纯NKN陶瓷相比有显著提高。(Na0.5K0.5)NbO3压电常数d33,机电耦合系数kp、kt随Bi2O3含量的增加先升高而后降低,并在x=0.5%时达到最大值,而且机械品质因子Qm大大提高。当Bi2O3掺杂量为0.5%时,(Na0.5K0.5)NbO3无铅压电陶的密度达4.46g/cm3,表现出优异的压电性能,d33=138pC/N,kp=46%,kt=44%,tanδ=2.9%,εr=466和Qm=167。

无铅压电陶瓷K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3-BiFeO_3的烧结工艺与压电性能研究

采用传统常压固相烧结工艺制备了掺杂0.8at%BiFeO3(BF)的K0.5Na0.5NbO3(KNN)无铅压电陶瓷,着重研究了烧结温度与保温时间对陶瓷的晶体结构、相转变、致密度与压电、介电性能的影响.研究结果表明,所有陶瓷样品都为单一的钙钛矿结构,烧结温度与保温时间对陶瓷样品的室温晶体结构与相转变温度几乎没有影响,但对陶瓷的表面形貌、密度和压电性能有较大的影响.当保温时间为3h,在1100℃至1150℃范围内,随烧结温度的升高,陶瓷的压电常数d33、平面机电耦合系数Kp及机械品质因数Qm均一直升高,介电损耗tanδ则显著降低.当烧结温度为1150℃时,随保温时间的增加,陶瓷的压电性能先显著提高后基本保持不变.1150℃保温2h烧结的陶瓷获得良好的性能:密度ρ=4.50g/cm3(致密度为95.63%),d33=132pC/N,Kp=45%,Qm=333.73,tanδ=2.39%.