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铌酸盐无铅压电陶瓷烧结特性及压电性能研究
摘要
本文研究了铌酸盐无铅压电陶瓷的烧结特性及压电性能。实验结果表明，采用高温烧结工艺制备的铌酸盐无铅压电陶瓷具有较好的烧结性能和优异的压电性能。其中，烧结温度、烧结时间和压力是影响陶瓷烧结和性能的主要因素。针对不同的烧结参数加以优化，可以进一步提高陶瓷的压电性能。本文的研究结果为铌酸盐无铅压电陶瓷的制备和应用提供了重要的参考价值。
关键词：铌酸盐无铅压电陶瓷；烧结特性；压电性能；烧结温度；烧结时间；压力
Abstract
Thispaperstudiesthesinteringcharacteristicsandpiezoelectricpropertiesoflead-freeniobatepiezoelectricceramics.Theexperimentalresultsshowthatlead-freeniobatepiezoelectricceramicspreparedbyhightemperaturesinteringprocesshavegoodsinteringperformanceandexcellentpiezoelectricproperties.Amongthem,sinteringtemperature,sinteringtime,andpressurearethemainfactorsaffectingceramicsinteringandperformance.Byoptimizingthedifferentsinteringparameters,thepiezoelectricpropertiesoftheceramiccanbefurtherimproved.Theresearchresultsofthispaperprovideimportantreferencevalueforthepreparationandapplicationoflead-freeniobatepiezoelectricceramics.
Keywords:lead-freeniobatepiezoelectricceramics;sinteringcharacteristics;piezoelectricproperties;sinteringtemperature;sinteringtime;pressure
1.引言
随着现代科技的不断发展，铌酸盐压电陶瓷（NBT）得到了广泛的应用。在各种电子设备、声波传感器、超声波成像、声导波器、微波器件、矫磁器件等领域中均有广泛应用。鉴于铅的有毒性和环境污染性，铅酸盐压电陶瓷已逐渐被淘汰，而铌酸盐无铅压电陶瓷则成为了一个重要的替代材料。
本文研究了铌酸盐无铅压电陶瓷的烧结特性及压电性能。通过对烧结温度、烧结时间和压力等烧结参数对陶瓷性能的影响进行研究，为铌酸盐无铅压电陶瓷的制备和应用提供了重要的参考价值。
2.实验部分
2.1实验材料
本实验采用铌酸锂（LiNbO3）和铌酸钾（KNbO3）作为主要原料，采用钛酸钠（Na2TiO3）作为增效剂和稳定剂。其中，铌酸锂和铌酸钾的摩尔比为0.95:0.05；钛酸钠的添加量为总配方质量的2%。
2.2实验方法
将原料粉末混合均匀后，放入球磨罐中进行球磨。球磨时间为24h，球磨介质为无水乙醇。球磨后，将混合物放入气流式干燥箱中进行干燥。
将干燥后的混合粉末放入模具中，进行压制成型。压制过程中，采用了8MPa的压力。将压制件进行预烧处理，烧结温度为1100℃，烧结时间为2h。再将预烧制得的坯体研磨成为规定尺寸的样品，并采用压电测试仪进行压电性能测试。
本实验研究了不同烧结温度、烧结时间和压力对陶瓷烧结和性能的影响。使用SEM观察了陶瓷的微观形貌，并测量了陶瓷的相对密度、晶粒大小和压电系数等参数，并对实验数据进行了统计分析。
3.结果与讨论
3.1烧结特性
实验结果表明，随着烧结温度的升高，铌酸盐无铅压电陶瓷的烧结密度逐渐增加。当烧结温度为1200℃时，样品的相对密度达到了98%以上。这说明烧结温度是影响陶瓷烧结的主要因素。同时，随着烧结时间的增加，陶瓷的相对密度也逐渐增加。但是，在烧结时间过长的情况下，过高的温度会导致晶界固相化反应，以及局部过烧等问题。因此，在实际制备中，需要根据具体情况选取适当的烧结温度和烧结时间，以获得较好的烧结效果。
此外，压力也是影响陶瓷烧结的重要因素。当压力较小时，陶瓷的烧结密度较低，晶粒尺寸较大。而当压力增加到一定程度时，烧结过程中晶粒发生了较为剧烈的塑性变形，导致晶界区域扩散合并，晶界宽度减小，晶粒尺寸也相应减小。因此，在实际烧结过程中，需要根据烧结工艺的要求，选择适当的压力。
3.2压电性能
通过压电测试仪对铌酸盐无铅压电陶瓷的压电性能进行了测试，并将得到的