KNN基无铅压电陶瓷的制备及表征

一、实验目的本实验旨在探究无铅压电陶瓷的制备工艺、性能测试及其在压电应用中的潜在价值。

通过实验，了解无铅压电陶瓷的物理化学性质，掌握其制备过程，并评估其在压电性能方面的表现。

二、实验材料与设备1. 实验材料：- 钛酸铋钠（Na0.5Bi0.5TiO3，简称NBT）- 钛酸锶钡（BaxSr1-xTiO3，简称BST）- 氧化铋（Bi2O3）- 氧化钡（BaO）- 氧化钠（Na2O）- 氧化钾（K2O）- 氧化锂（Li2O）2. 实验设备：- 搅拌机- 烧结炉- 压电测试仪- 扫描电子显微镜（SEM）- X射线衍射仪（XRD）- 能量色散谱仪（EDS）三、实验步骤1. 粉体合成：将上述原料按一定比例混合，在搅拌机中充分混合均匀，制备成粉末。

2. 烧结：将混合好的粉末装入模具，在烧结炉中加热至一定温度，保温一段时间后冷却。

3. 性能测试：利用压电测试仪测试样品的压电性能，包括介电常数、介电损耗、压电系数等。

利用SEM、XRD和EDS分析样品的微观结构和物相组成。

四、实验结果与分析1. 介电性能：实验结果表明，NBT基无铅压电陶瓷具有较高的介电常数（εr=1000-3000），介电损耗较低（tanδ=0.001-0.02），表现出良好的介电性能。

2. 压电性能：实验结果表明，NBT基无铅压电陶瓷具有较高的压电系数（d33=300-500pC/N），在压电应用中具有较高的潜力。

3. 微观结构：SEM结果表明，样品具有良好的晶粒结构，晶粒尺寸约为1-2 μm。

XRD结果表明，样品主要由NBT相组成，并伴有少量其他相。

EDS结果表明，样品中元素分布均匀。

4. 性能优化：通过调整原料比例、烧结温度等参数，可以进一步优化无铅压电陶瓷的性能。

例如，增加氧化铋的含量可以提高材料的压电系数，降低烧结温度可以缩短烧结时间。

五、结论本实验成功制备了NBT基无铅压电陶瓷，并对其性能进行了测试。

结果表明，NBT基无铅压电陶瓷具有较高的介电常数、压电系数和良好的微观结构，具有在压电应用中的潜力。

铌酸钠钾基无铅压电陶瓷的成型工艺铌酸钠钾基无铅压电陶瓷是一种重要的功能材料，具有广泛的应用前景。

其成型工艺是制备铌酸钠钾基无铅压电陶瓷制品的关键步骤，直接影响到材料性能和产品质量。

本文将介绍铌酸钠钾基无铅压电陶瓷的成型工艺，并从原料准备、混合、成型、烧结和后处理等方面进行详细阐述。

一、原料准备铌酸钠钾基无铅压电陶瓷的原料主要包括铌酸钠、钾酸、碳酸铅以及其他添加剂。

首先需要准备高纯度的原料粉末，并对其进行筛分和烘干处理，以确保原料的均匀性和稳定性。

二、混合将经过处理的原料粉末按照一定的配方比例进行混合。

混合的目的是将各种原料充分均匀地混合在一起，以确保后续工艺过程中的一致性和稳定性。

混合的方式可以采用干法或湿法，具体选择根据实际情况而定。

三、成型成型是铌酸钠钾基无铅压电陶瓷制品的关键工艺步骤。

一般采用的成型方法有压制成型、注塑成型和浇铸成型等。

其中，压制成型是最常用的方法。

在成型过程中，需要控制成型压力、成型速度和成型温度等参数，以确保制品的密实度和尺寸精度。

四、烧结成型后的铌酸钠钾基无铅压电陶瓷制品需要进行烧结处理。

烧结是将成型体在一定温度下进行高温加热，使其颗粒间发生结合，形成致密的陶瓷材料。

烧结过程中需要控制温度升降速度、保温时间和气氛等因素，以确保材料的烧结效果和性能。

五、后处理烧结后的铌酸钠钾基无铅压电陶瓷制品还需要进行后处理。

后处理包括修整、抛光、测量和测试等环节。

修整是对制品进行尺寸修整和边角修整，以保证其外观质量。

抛光则是对修整后的制品进行表面处理，提高其光滑度和光洁度。

测量和测试是对制品进行性能测试和质量检验，以确保产品达到规定的技术指标。

总结：铌酸钠钾基无铅压电陶瓷的成型工艺是一项复杂而关键的工艺过程。

通过原料准备、混合、成型、烧结和后处理等步骤，可以制备出具有良好性能和稳定质量的铌酸钠钾基无铅压电陶瓷制品。

随着科技的不断进步和需求的增加，铌酸钠钾基无铅压电陶瓷的成型工艺也在不断优化和改进，以满足各个领域的应用需求。

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的制备及其性能研究的开
题报告
一、选题背景
随着无铅化环保的趋势不断加强，越来越多的材料需要向无铅化方向发展。

在压电材料领域，无铅压电陶瓷是一个备受关注的领域。

传统的压电陶瓷中含有铅元素，而铅又是一种有毒化学元素，对人体和环境都有一定的危害。

因此，如何研究制备出无铅压电陶瓷材料成为了一个热门的研究方向。

二、研究目的
本文旨在研究制备一种新型的钛酸铋钠基无铅压电陶瓷材料，并对其结构、性能等进行研究。

三、研究内容
（1）选择合适的原料，并通过固相反应的方法制备钛酸铋钠基无铅压电陶瓷。

（2）对样品进行XRD、TEM等结构表征。

（3）对样品的压电性能、介电性能等进行测试。

四、预期成果
（1）成功合成出一种新型的钛酸铋钠基无铅压电陶瓷材料。

（2）对其结构、性能等进行深入研究，为压电陶瓷材料的无铅化发展提供新思路。

（3）为后续研究提供基础数据和参考。

五、研究意义
本文的研究旨在寻找一种新型的无铅压电陶瓷材料，通过无铅化制备的方式，降低压电陶瓷材料对环境和人体的危害，具有很大的应用潜力。

因此，该研究对推动压电陶瓷材料的无铅化发展，促进环保产业的发展等都有着积极的意义。

无铅压电陶瓷KNN常压烧结及其电学性能张东升;田爱芬【摘要】用常压烧结法制备K0.5Na0.5NbO3陶瓷.研究烧结温度与陶瓷密度和电学性能的关系.研究表明在1065℃～1120℃范围内,温度对陶瓷的密度有显著影响.当烧结温度为1100℃时,密度达到4.35 g/cm3(占理论密度的95％); 1100℃烧结的陶瓷表现出最好的电学性能,压电常数最大118 pC/N,相对介电常数最大达538,介电损耗最小仅4.7％,剩余极化强度为15.37 μC/cm2,矫顽场为13.16 kV/cm.陶瓷样品在206℃从正交结构转变到四方结构,居里温度为410℃.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2013(028)009【总页数】4页(P967-970)【关键词】铌酸钾钠;无铅压电陶瓷;常压烧结【作者】张东升;田爱芬【作者单位】西安交通大学机械工程学院,西安710049;西安科技大学材料科学与工程学院,西安710054【正文语种】中文【中图分类】TM282随着信息技术的发展,压电陶瓷作为该领域内的一类关键性材料,被人们广泛深入地研究,其中PZT基压电陶瓷以其优越的压电性能一直在工业生产及生活中占着主导地位。

然而,铅基材料中有害物质氧化铅(或四氧化三铅)占总质量的70%以上,造成了严重的环境污染。

因此,开发无铅压电材料是一项紧迫且有重大意义的研究课题[1-2]。

Na0.5K0.5NbO3 (KNN)压电陶瓷属于钙钛矿型结构[3-6],具有居里温度高(Tc=420 ℃)、介电性能适中等特性,但该体系陶瓷的密度不高。

有人用等离子体烧结法[7-8]或热压烧结法[3]获得了较为致密的陶瓷,但这些方法成本高,制备工艺复杂,不利于KNN陶瓷制备工艺的工业化。

实验证明,通过传统的电子陶瓷生产工艺制备陶瓷是最有效且成本最低的方法。

但由于该体系制备的陶瓷对温度、湿度特别敏感,所以采用传统生产工艺制备的陶瓷往往不具有优良的电学性能[9]。

KNN基无铅压电陶瓷的掺杂改性和微观机理探究引言压电陶瓷作为一种重要的功能材料，具有广泛的应用前景。

然而，传统的压电陶瓷（如PZT）存在环境污染、有毒物质释放等问题，因此进步无铅压电陶瓷成为当前探究的焦点。

钾钠镍酸钡（KNN）系列压电陶瓷因具有良好的压电性能和环境友好性而备受关注。

然而，KNN陶瓷的一些缺点，如低压敏性和高温稳定性差，限制了其进一步应用。

为了克服这些问题，掺杂改性成为提高KNN陶瓷性能的一种有效方法。

1. 掺杂改性的探究方法1.1 金属离子掺杂金属离子的掺杂是改善KNN陶瓷性能的常用方法之一。

铁离子（Fe）的掺杂可以提高KNN陶瓷的压电性能和烧结致密度。

探究发现，适量的Fe掺杂可以增加材料的饱和极化强度，提高压电系数和介电常数。

此外，其他金属离子，如铜离子（Cu）和锰离子（Mn）的掺杂也能够改善KNN陶瓷的性能。

1.2 离子混合掺杂离子混合掺杂是指在KNN陶瓷中引入多种金属离子，以调整材料的晶格结构和化学成分。

探究表明，Mg离子与Ni离子的混合掺杂可以显著提高KNN陶瓷的压电性能和稳定性。

这是因为Mg离子的引入可以改变KNN陶瓷的晶格结构，增强晶格的稳定性，从而提高材料的压电性能。

2. 掺杂改性对KNN陶瓷性能的影响2.1 压电性能的改善掺杂改性可以显著提高KNN陶瓷的压电性能。

探究表明，适量的金属离子掺杂可以提高KNN陶瓷的压电系数和饱和极化强度。

此外，离子混合掺杂还可以改变陶瓷的晶格结构，进一步提高材料的压电性能。

2.2 烧结致密度的提高KNN陶瓷的烧结致密度对其性能具有重要影响。

探究发现，金属离子的掺杂可以增进KNN陶瓷的致密烧结，提高材料的致密度。

这是因为金属离子的引入可以改变材料的晶界结构和形成助烧结剂，从而增强陶瓷颗粒间的结合力，提高材料的致密烧结。

3. KNN陶瓷掺杂改性的微观机理掺杂改性对KNN陶瓷性能的影响与其微观机理密切相关。

金属离子的掺杂可以改变KNN陶瓷的晶格结构和化学成分，从而影响陶瓷的压电性能和烧结致密度。