晶粒定向技术制备无铅压电陶瓷的研究现状与进展

压电陶瓷晶粒定向技术是一种结构改性,它是利用压电材料性能各向异性的特点,将无规则取向的陶瓷晶粒定向排列。其特点是能够在不改变材料居里温度的前提下大幅度提高陶瓷的压电性能,常见的有热处理技术、模板晶粒生长技术、多层晶粒生长技术和定向凝固法等。本文主要介绍了热处理技术和模板晶粒生长技术并综述了晶粒定向技术对常见的几类无铅压电陶瓷结构和性能的影响。

模板晶粒定向生长技术制备(Na0.8K0.2)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷的性能研究

以熔盐法和质子取代法制备的片状Nb2O5粉体为模板晶粒,固相法合成的(Na0.8K0.2)0.5Bi0.5TiO3(NKBT)粉体为基料,分别采用固相压制成型(干法)和流延成型(湿法)工艺制备出具有较高取向度的织构化NKBT无铅压电陶瓷,研究了两种成型工艺对NKBT无铅压电陶瓷的显微结构、压电性能和介电性能的影响。结果表明:采用湿法工艺制备的织构陶瓷的各项性能优于干法工艺,采用湿法工艺在1150℃保温5 h时,可以获得较高织构度(f=0.66)的NKBT无铅压电陶瓷,并具有优异的压电和介电性能:压电常数d33=149 pC/N,介电常数εT33/ε0=912和平面机电耦合系数kp=29.4%。

多层晶粒生长法制备织构化CaBi_4Ti_4O_(15)压电陶瓷

采用新型的丝网印刷晶粒定向技术,以Bi2O3,CaCO3和Ti O2纳米粉体为原料,无需模板晶种直接制备出高度织构化的CaBi4Ti4O15陶瓷.系统研究了烧结温度、时间、升温速度以及原料粉体颗粒度对晶粒定向的影响,在1000～1180℃范围内烧结4h后获得高达94.1%的晶粒取向度.利用XRD和SEM等手段探讨了丝网印刷工艺的晶粒定向生长机理,认为丝网印刷可获得极薄的颗粒层,层间存在间隙,各层内的颗粒由于在平行界面方向生长不受限制,使其该界面方向的晶粒尺寸大于其它方向,从而最终得到晶粒高度定向的陶瓷.

含有定向排列颗粒的氮化硅陶瓷各向异性研究

通过添加α-Si3N4晶须,利用流延成型和热压烧结技术制备含有定向排列颗粒、各向异性的Si3N4陶瓷。研究α-Si3N4相在流延膜及烧结块体中的分布状态,并通过XRD、SEM和力学性能对流延膜和烧结块体的各向异性进行表征。结果表明,1 550℃下烧结制备的块体T(与流延方向平行的平面)、N(与流延方向垂直的平面)、P(侧面)三个面的I(210)/I(102)值与等轴状α-Si3N4粉体的相应值比较,其中T面的值较大,N面和P面的值较小;在T面的显微结构中存在平行于流延方向排列的大颗粒;试样不同面的力学性能(断裂韧性和抗弯强度)中,T面最好,P面次之,N面最差;I(210)/I(102)值、显微结构、力学性能测试结果表明所制备的氮化硅陶瓷存在各向异性。

(K,Na)NbO_3基无铅压电陶瓷的研究现状与进展

综述了近年来(K,Na)NbO3基无铅压电陶瓷在掺杂改性以及晶粒定向技术制备织构化陶瓷研究的新进展,重点分析了(K,Na)NbO3基无铅压电陶瓷的K/Na比为0.5和非0.5时,陶瓷压电性能上的差异,发现K/Na比偏离0.5时,具有更为优异的压电、介电性能,最后展望了(K,Na)NbO3基无铅压电陶瓷的掺杂改性及晶粒定向技术的研究趋势。

织构化无铅压电陶瓷体系及制备工艺研究进展

随着环境友好型材料的提出和可持续发展的要求,各个领域对于无铅压电材料的需求越来越大,高性能无铅压电陶瓷的研究与开发成为国内外压电材料研究的热点。研究表明,在某一极化方向拥有高度晶粒取向（高织构度）的压电陶瓷表现出的压电性能大幅优于非织构化陶瓷,如何将无规则排列的陶瓷晶粒定向排列形成织构陶瓷,是近些年的研究热点与难点。该综述主要介绍了目前研究广泛的几种主要的无铅压电陶瓷体系：铌酸钠钾（KNN）基陶瓷、钛酸钡（BT）基陶瓷、钛酸铋钠（BNT）基陶瓷、铋层状陶瓷以及钨青铜结构陶瓷,并综述了无铅压电陶瓷的主要制备技术,着重介绍了晶粒定向技术的相关进展：热处理技术、定向凝固技术、磁场定向技术、模板晶粒生长（TGG）技术、反应模板晶粒生长（RTGG）技术以及多层晶粒生长（MLGG）技术。同时,综述了多种织构化成型工艺：干压成型、丝网成型、轧膜成型、挤出成型、热锻成型以及流延成型。

无铅压电陶瓷制备方法的研究进展

无铅压电陶瓷的开发和应用已经成为各个国家的研究热点。本文从粉体制备方法和晶粒定向生长技术两个方面综述了近几年无铅压电陶瓷主要制备方法(如溶胶-凝胶法、水热法、熔盐法、热处理技术等)的研究进展,最后对其今后的发展方向做出了展望。

多层压电陶瓷的相关基础科学问题

多层压电陶瓷是一种重要的换能材料,具有优良的机电耦合效应和对外场响应迅速且体积小、驱动电压低的特点,在机电换能及自动控制等领域得到了广泛应用。本文概述了多层压电陶瓷的几个基础科学问题,包括:无铅压电陶瓷材料、高温压电陶瓷材料、晶粒定向技术以及多层压电陶瓷常见的迟滞、疲劳等问题,并总结了各个方面的研究现状和发展前景。