关键词:
铌酸钾钠
织构陶瓷
压电性能
换能器
摘要:
铌酸钾钠(K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3),KNN)基压电陶瓷具有优异的压电系数(Piezoelectric Coefficient,d_(33))和高居里温度(Curie Temperature,TC),是最有潜力取代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷体系。然而,相比铅基压电陶瓷体系,KNN基陶瓷体系的d_(33)温度稳定性较差,影响了其实际应用。针对该问题,本研究采用常规固相烧结法和织构工程设计制备了具有单一四方相(T相)的(K_(0.5)Na_(0.5))_(0.96)Li_(0.04)(Nb_(0.95)Sb_(0.05))O_(3)-(Bi_(0.5)Na_(0.5))ZrO_(3)(KNLNS-BNZ)织构压电陶瓷。研究发现:相比非织构陶瓷,KNLNS-BNZ织构陶瓷不仅具有更优异的压电系数(d_(33)=256 pC·N^(–1))和纵向机电耦合系数(Longitudinal Electromechanical Coupling Coefficient,k_(33)=34%),而且具有更优良的d_(33)和k_(33)温度稳定性。在温度范围25~250℃之间,KNLNS-BNZ织构陶瓷d_(33)和k_(33)的变化率分别为12%和4%。此外,本工作制备并研究了由KNLNS-BNZ织构陶瓷和环氧树脂组成的1-3型换能器。该1-3型换能器不仅具有大带宽(BW=61.2%)和优良的信号强度(f_(c)=1 MHz),而且具有良好的温度稳定性。当测量温度升高到100℃时,其带宽BW和中心频率fc分别为58.7%和0.94 MHz,与室温下的测量结果相比其变化率分别为4%和6%。以上结果表明,KNLNS-BNZ无铅压电陶瓷具有良好的压电性能和优异的温度稳定性,并且基于此制备的1-3型换能器可为新型无铅压电陶瓷的实际应用提供参考。