熔盐法制备铌酸钾钠粉体的研究

以分析纯Na_2CO_3,K_2CO_3和Nb_2O_5为原料,以Na_2CO_3-K_2CO_3(摩尔比1: 1)为熔盐,采用熔盐法在700～850 ℃保温4 h合成了Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3粉体.研究了合成温度、熔盐含量对粉体形貌的影响.XRD分析结果表明:通过熔盐法可以在700 ℃下合成纯钙钛矿结构的Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3粉体;SEM分析显示:随着合成温度的升高,粉体形貌从圆球状转变为立方状,进一步提高合成温度,粉体形貌开始变得不规则;此外,合成粉体的尺寸随着熔盐含量的增加而增大,且粉体团聚现象明显减弱.以熔盐法合成的Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3粉体为原料,采用传统固相烧结法制备Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3陶瓷,经1060 ℃烧结后,Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3陶瓷具有优异的压电性能和介电性能,其中压电常数d_(33) =124 pC/N,介电常数ε_(33)~T/ε_0 = 345,居里温度T_c 达 402 ℃.     

流延法制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的性能研究

通过流延成型技术,以片状K0.5Na0.5NbO3(简称为KNN)粉体为模板,结合掺杂改性后的基料粉体(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3-0.005BaZrO3(简称为KNNLST-BZ)流延制备出KNN基无铅压电陶瓷,研究了不同的工艺参数(烧结温度、烧结次数)对于KNNLST-BZ织构化陶瓷的电学性能、显微结构的影响.结果表明:模板含量为20wt;的KNNLST-BZ织构化陶瓷在1145℃下保温2h呈现出优异的性能:压电常数d33=204 pC/N,横向机电耦合系数k31=23;,剩余极化强度Pr=26 μC/cm2,矫顽场Ee=1.2 kV/mm.同时该织构化陶瓷在1145℃下烧结2次能得到更优的电学性能:d33 =248 pC/N,k31=32.54;,Pr=38 μC/cm2,Ec=1.2 kV/mm,介电损耗tanδ=6.38;,机械品质因数Qm=16.76,介电常数εT33/ε0=913.7,横向伸缩振动频率常数N1=2244.     

NKLNx-KBT-BZ无铅压电陶瓷的电性能研究

采用传统固相烧结法制备0.92(Na0.51K0.49-xLix)NbO3-0.02K0.5Bi0.5TiO3-0.06BaZrO3(简写为NKLNx-KBT-BZ,x=0.00～0.05)系无铅压电陶瓷.用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、精密阻抗分析仪及铁电性能测试仪等研究了Li+含量对该体系陶瓷的晶相、显微结构和电性能的影响.结果表明:在研究组成范围内,陶瓷均具有单一的钙钛矿结构,随着Li+含量的增加,晶体结构从菱方转变为四方结构,并且经过菱方-四方两相共存的准同型相界(MPB)组成区域0.01 ＜x ＜0.03.在MPB区域的四方相边界x=0.03处获得优异的电性能:d33=227 pC/N,kp=39.3;,Qm=69,εT33/ε0=1642,tanδ =2;,Pr=13.3μC/cm2,Ec=1.64 kV/mm.     

三大无铅压电陶瓷体系的最新研究进展

铌酸钾钠((K,Na)NbO3,KNN)系、钛酸铋钠((Bi,Na)TiO3,BNT)系以及锆钛酸钡(Ba(Zr,Ti)O3,BZT)系压电陶瓷是目前研究最广泛的三大无铅压电陶瓷体系。本文主要综述了上述三大无铅压电陶瓷体系在性能增强研究方面的最新进展,并对其未来的发展前景进行了展望。     

CeO2掺杂KNN-LiNbO3无铅压电陶瓷的压电与介电性能研究

采用传统固相烧结法制备了0.98K0.5Na0.5NbO3-0.02LiNbO3-xCeO2(0.98KNN-0.02LN+xCeO2)无铅压电陶瓷.研究了不同CeO2掺杂含量(x=0、0.01、0.02、0.03、0.04)对0.98KNN-0.02LN陶瓷显微结构和电学性能的影响.研究结果表明:当CeO2掺杂含量从x=0.00到x=0.01和从x=0.02到x=0.03时,样品出现了正交-四方相转变.当x=0.00和x=0.02时,样品都处于正交与四方两相共存状态.CeO2少量掺杂时Ce4+完全进入晶格,表现为"受主"掺杂的特性;而大量CeO2掺杂时,有杂相的生成,主要起到烧结助剂的作用.样品在1080℃下烧结,当掺杂含量为x=0.02时取得最佳的综合性能:d33=104pC/N,Qm=2201,kp=0.24423,εr=804.2,tanδ=8.748;.     

无铅压电薄膜的制备与研究进展

结合目前国内外对无铅压电薄膜的研究状况,重点综述了KNN基、BNT基及BZT-BCT系列无铅压电薄膜的研究进展,指出各个系列的无铅压电薄膜所取得的进步,也指出当前无铅压电薄膜所面临的挑战.     

CuO掺杂对KNN-BNZ无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统固相反应法制备了0.97K05Na0.5NbO3-0.03Bi0.5Na0.5ZrO3+xmo1; CuO (0.97KNN-0.03BNZ+xCu)无铅压电陶瓷.研究不同CuO掺量(x=0、0.5、1、2、3和4)对0.97KNN-0.03BNZ陶瓷的显微结构和电学性能的影响.结果表明:CuO的掺入使材料出现“硬化”现象,机械品质因数Qm有明显提高,矫顽场显著增大.CuO的掺入量在3;时,样品的综合性能最佳:压电常数(d33)为137 pC/N,机电耦合系数(kp)为0.30,机械品质因数(Qm)为238,介电损耗(tanδ)为1.5;.另外,从SEM图片中可以看出:0.97KNN-0.03BNZ压电陶瓷材料的平均晶粒尺寸随着CuO掺入量的增加明显增大,这表明CuO有烧结助熔作用,能降低烧成温度.     

钙钛矿型无铅压电陶瓷研究进展及今后发展思考

高性能压电陶瓷具有战略的至关重要性和实际的不可替代性;高性能无铅压电陶瓷具有重大社会经济意义,已成为国际高技术新材料研究的前沿和热点之一。本文作者及其课题组,十多年来致力于钙钛矿型无铅压电陶瓷,特别是(Bi1/2Na1/2)TiO3(BNT)和(K1/2Na1/2)NbO3(KNN)基无铅压电陶瓷及其应用的研究。本文主要基于作者课题组的研究,综合介绍BNT和KNN基无铅压电陶瓷的组分设计、相界结构及其与材料特性的关联、掺杂对陶瓷性质的影响及其机理、陶瓷的温度稳定性及影响机理、以及陶瓷合成制备新技术等方面的研究进展;概括总结了无铅压电陶瓷在器件上的应用。结合国际发展趋势,对钙钛矿型无铅压电陶瓷今后的研究和发展方向提出了自己的见解。     

拓扑化学法制备棒状(KxNa1-x)NbO3粉体

以Na2CO3、K2CO3、Nb2O5和KCl为原料,采用拓扑化学反应法合成出一维方向生长钙钛矿结构的棒状KxNa1-x NbO3 (KNN)粉体.首先采用熔盐法合成出棒状的前驱体K2Nb8O21晶体,系统研究了Nb2O5与KCl的起始质量比、合成温度对kNb8O21晶体显微结构和形貌的影响,研究发现当Nb2O5与KCl的质量比为3/8,850℃下保温3h可以获得长度为80～100 μm,直径为3～8 μm的棒状K2Nb8O21晶体,且晶体沿[100]方向生长;然后以棒状的前驱体K2Nb8O21为模板晶粒,采用拓扑化学反应法制备出棒状KNN晶体,研究了Na2 CO3的添加量、烧成温度和保温时间对棒状KNN晶体显微结构和形貌的影响.结果表明:添加过量10wt;的Na2CO3,在900℃下保温3h可以获得沿[001]方向生长的棒状KNN晶体,其中K/Na =47.31/52.69,接近1/1,其长度和宽度分别为30 ～ 50 μm和2～6 μm.     

CuO掺杂对KNN-LS-BF无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统固相合成法和制备工艺,在1040℃制备了{0.996 [0.95( Na0.5 K0.5)NbO3-0.05LiSbO3 ]-0.004FeBiO3}+x mol; CuO(KNN-LS-BF+x mol; CuO)无铅压电陶瓷,研究了CuO掺杂量对陶瓷结构和性能的影响.结果表明,CuO的低温促烧作用明显,微量CuO的掺入并没有改变陶瓷体系的相结构,但对陶瓷的压电和介电性能有明显影响.随CuO掺杂量的增加,陶瓷的d33、kp、εr均是先升高后降低,并在x=0.15时,d33、kp、εr分别达到最大值222 pC/N、0.36、1223.14;Qm也是先升高后降低,不过是在x=0.3时达到了最大值66.02.而tanδ则是先降低,在x=0.45达到最小值2.5;后又开始回升.在x=0.15时,所制备压电陶瓷有最好的综合性能:d33=222pC/N,kp=0.36,εr=1223.14,tanδ=3.3;,Qm =52.27.     

熔盐法制备三元层状MAX相陶瓷的研究进展

MAX相是一种兼具金属和陶瓷性能的新型三元层状过渡金属碳氮化物。传统合成MAX相的方法都有一定的局限性,如反应温度较高、合成时间过长、合成样品较少,且大部分无法直接一步制备所需MAX相。近些年来,采用熔盐法合成MAX相的报道越来越多,并且工艺持续改进。本文从传统熔盐法合成MAX相出发,分析并阐述了新熔盐法合成MAX相的研究进展。传统熔盐法利用较低熔点的熔盐作为反应溶剂,提高了反应效率;熔盐屏蔽法以熔盐作为反应溶剂的同时还可防止氧化,使得反应可以在空气中进行;路易斯酸盐法则是将熔盐作为反应原料来合成MAX新相;熔盐电化学法以电脱氧的方式,将合成原料由纯金属改为金属氧化物,降低了生产成本。熔盐法所合成MAX相产物较传统方法所合成产物的产量及纯度更高,所需要的温度、能耗以及成本更低。因此,熔盐合成法是未来大批量合成MAX相以及MAX新相合成的一个重要方法。     

熔盐法制备针状莫来石晶体的研究

本文采用Al2(SO4)3·18H2O和SiO2为原料,以K2SO4,Na2SO4为熔盐,用熔盐法合成了针状莫来石晶体.研究了不同合成温度、熔盐用量和保温时间对合成莫来石晶体的影响,分析了熔盐法合成针状莫来石的反应机理.研究结果表明:以K2SO4为熔盐,熔盐与反应物总量质量比为1: 1,合成温度为1000 ℃,保温时间为3 h时可以合成针状莫来石晶体,针状莫来石的生成符合L-S液固生长机理.     

熔盐辅助碳热还原法合成碳化钽粉体

以Ta O5、酚醛树脂为钽源和碳源,以NaCl-NaF为熔盐介质,采用碳热还原法合成了TaC粉体,借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜研究了粉体物相组成和显微形貌.结果表明:1000℃烧后时试样的物相只有NaTaO3,1100℃烧后有TaC生成,但仍残留较多的NaTaO3;1200℃烧后TaC的生成量明显增加,NaTaO3含量明显降低仅有少量残余;1300℃烧后物相组成全部为TaC.1300℃合成的TaC粉体粒径为1～2 μ.m,粉体形貌为规则的多面体.熔盐促进了TaC粉体的合成主要因为在反应过程中了过量的熔盐不仅起到熔剂的作用,而且直接参与反应生成中间产物NaTaO3,促进了TaC粉体的合成.     

硫酸钠熔盐制备片状α-Al2O3的研究

分别以十八水合硫酸铝和氢氧化铝为γ-Al2O3源,以硫酸钠为熔盐,干法混合熔盐和γ-Al2O3,采用熔盐法制备片状氧化铝.结果表明:以氢氧化铝为γ-Al2O3源,由于氢氧化铝为母盐分解后仍保留球形多面体的母盐假相,熔盐只能溶解球形多面体表面的氧化铝,经过溶解-沉淀过程生长出少量镶嵌于球形多面体的片状氧化铝,不能制备片状氧化铝;以十八水合硫酸铝为氧化铝源,分解后形成的分散程度良好的γ-Al2O3与硫酸钠熔盐摩尔比γ-Al2O3∶Na2SO4=1∶4时能够充分溶解于熔盐中,可制备出分散的片状氧化铝.     

有机熔盐(OMS)法制备AgInS2纳米针

本文以AgNO3、INCl3·4H2O和硫代尿素为原料,尿素和氯化胆碱为有机熔剂,用有机熔盐法(OMS)在200℃制备出纯度较高的黄铜矿结构AgInS2纳米针.使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)等对纳米针的物相、形貌和化学配比进行了定性和定量表征.XRD测试结果表明,实验获得产物确为黄铜矿结构AgInS2.使用Scherrer公式估算了AgInS2产物的晶粒平均粒度大小约为50 ～ 80 nm,表明所得确为AgInS2纳米晶.SEM观测到的纳米晶形貌外形均匀呈针状,纳米针的几何尺寸基于60 ～80 nm×1000～1500 nm.EDS测试结果显示AgInS2纳米针中Ag、In和S三元素的原子相对百分含量为26.66;、24.82;和50.52;,其化学计量比几近于1:1∶2物质的量比.通过紫外可见透过光谱得到截止波长为661 nm,禁带宽度为1.88 eV.以上结果充分表明OMS法是一种制备AgInS2纳米针的有效方式.     

BNT-BKT-BiFeO3无铅压电陶瓷的压电性能和退极化温度

采用传统陶瓷制备方法,制备了系列新型无铅压电陶瓷材料(1-x-y)Bi0.5Na0.5TiO3-xBi0.5K0.5TiO3-yBiFeO3(简写为BNT-BKT-BF-x/y).研究了该体系陶瓷微观结构、压电性能和退极化温度变化规律.结果表明:在所研究的组成范围内,所制备的材料均能够形成纯钙钛矿固溶体,陶瓷三方、四方共存的准同型相界(MPB)成分为x=0.18～0.21,y=0～0.05,在准同型相界成分附近该体系陶瓷压电性能达到最大值:d33=171pC/N,kp=0.366.采用平面机电耦合系数kp和极化相位角θmax与温度的关系来确定退极化温度,得到的结果基本相同,陶瓷的退极化温度随BF含量的增加一直降低,随BKT含量的增加先降低后升高.     

铝源种类对熔盐法制备超细ZnAl2O4粉体的影响

本文以Al(OH)₃、煅烧Al₂O₃和纳米Al₂O₃为铝源,在KCl和LiCl的混合熔盐介质中,800~1 200 ℃温度范围内保温3 h合成超细ZnAl₂O₄粉体。采用XRD、SEM、激光粒度仪和比表面分析仪等重点分析了铝源种类对ZnAl₂O₄粉体合成温度、产物物相组成以及显微形貌的影响。在此基础上探讨了反应温度、熔盐与原料的质量比(W_s/W_r)对粉体合成的影响。结果表明:铝源种类显著影响ZnAl₂O₄的开始形成温度和粉体性能,相比于煅烧Al₂O₃,以Al(OH)₃和纳米Al₂O₃为铝源生成ZnAl₂O₄的速率较快,在900 ℃时即可合成出单相ZnAl₂O₄。以煅烧Al₂O₃粉为铝源,当W_s/W_r为3∶1时,在1 000 ℃合成ZnAl₂O₄粉体的分散性最佳,而温度过高易造成粉体团聚长大。适当的W_s/W_r有利于ZnAl₂O₄的生成,当W_s/W_r为4∶1时合成的ZnAl₂O₄粒径最小。ZnAl₂O₄粉体均在一定程度保持着初始铝源的尺寸和形貌,表明熔盐法合成ZnAl₂O₄的机理主要遵循着“模板合成机理”。     

Sb掺杂对0.96(K0.49Na0.51)(Nb0.97-xTa0.03Sbx)O3-0.04Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5ZrO3无铅压电陶瓷结构与电性能的影响研究

采用固相法制备了0.96(K0.49 Na0.51)(Nb0.97-xTa0.03Sbx) O3-0.04Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5ZrO3(0.96KNNTSx-0.04BNKZ,x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)无铅压电陶瓷,研究了Sb掺杂量对0.96KNNTSx-0.04BNKZ陶瓷相结构、微观结构和电性能的影响规律.X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)分析结果表明:0.96KNNTSx-0.04BNKZ陶瓷具有纯钙钛矿结构,随着Sb掺杂量x的增加,陶瓷由正交-四方两相共存逐渐转变为四方相,在x≤0.01时,陶瓷为正交-四方两相共存的多型相转变(Polymorphic Phase Transition,PPT)结构,而当x≥0.02时,陶瓷则转变为四方相结构.在PPT向四方相转变的组成边界x=0.02处,陶瓷具有优异的电性能:压电常数d33=345 pC/N,机电耦合系数kp=39.2;,机械品质因数Qm=51,介电常数ε33T/ε0=1520,介电损耗tanδ =2.7;,剩余极化强度Pr=15.4 μC/cm2,矫顽场Ec =1.09kV/mm,居里温度Tc=275℃.