外力场下片状NKN基粉体制备与高性能织构化陶瓷的研究

在置换溶液中施加外力场，以片状SrBi2Nb2O9（SBN）为前驱体，用K+、Na+及掺杂改性离子对SBN晶体中的Sr2+、Bi3+离子进行置换。用波谱学技术对片状SBN粉体及置换产物的表面形貌、体相结构、荷电状态、微区中的元素含量等进行表征，研究其对置换反应的影响规律，制备出片状的Na0.5K0.5NbO3(NKN)基粉体。使分散剂分子充分伸展吸附在NKN粉体上（含表面聚合），制备高固含量并稳定均匀分散的浆料，在流延刮刀作用下使浆料中的片状NKN粉体趋向于定向排列，制备出高取向度的NKN基流延坯片。经等静压工艺叠片，用热压烧结制备织构化NKN基无铅压电陶瓷。研究K+、Na+离子的比值和分布状况（含掺杂离子）与织构化陶瓷的电性能间的内在关联，制备高性能织构化NKN基无铅压电陶瓷。研究成果将从根本上改变无铅压电陶瓷的研究现状，形成一系列我国在无铅压电陶瓷领域的自主知识产权。

本课题围绕片状铌酸钾钠基粉体的制备、形成机理以及高性能织构化陶瓷等相关内容展开了系统研究，很好地完成了项目申请书的预期研究目标，主要取得了以下重要研究成果：.一、研究方法创新。克服了Na0.5K0.5NbO3(NKN)粉体的立方生长习性，首次报道了通过多步熔盐法合成具有良好各向异性的片状NKN粉体，该粉体长20~40μm、宽10μm、厚1~3μm，可作为制备高性能NKN基织构化陶瓷的优良同质模板。创新性地提出了混合熔盐桥氧作用机理，深入分析了桥氧在多步熔盐制备片状NKN同质模板晶粒中的重要作用。拓展了熔盐法/微波辅助熔盐法、水热法/微波辅助水热法在各向异性压电功能陶瓷粉体制备中的应用，制备出了CaBi4Ti4O15、SrBi2Nb2O9、Bi2.5Na3.5Nb5O18、NaNbO3、KNbO3、K4Nb6O17、Nb2O5等片状粉体。系统研究了流延法制备NKN基无铅压电陶瓷的工艺，获得了高固相含量并稳定均匀分散的浆料，研究了K+、Na+及其它掺杂离子的比值和分布状况与织构化陶瓷电性能之间的内在关联，成功制备出了高性能织构化NKN基无铅压电陶瓷。.二、研究技术创新。创新地提出了采用低熔点复合化合物对NKN基无铅压电陶瓷进行低温烧结，系统研究了低温烧结高性能NKN基无铅压电陶瓷的制备方法以及各化合物对材料性能的影响及烧结机理，为NKN基无铅压电陶瓷的LTCC多层陶瓷制备奠定了技术基础。.三、研究思路创新。在传统电子陶瓷制备技术的基础上，创新地提出采用具有不同晶体结构的高性能无铅压电陶瓷与NKN形成不同种类的多型相界组成，大幅地提高了NKN基无铅压电陶瓷的综合压电性能，其中压电常数d33达372 pC/N，平面机电耦合系数kp=47.2%，介电损耗tanδ=3.1%，以及较高的介电常数εT33/ε0=1470。.本项目发表学术研究论文33篇，其中SCI收录11篇，EI收录18篇。申请国家发明专利7项，已授权专利2项。在本项目的支持下，研究组成员共参加学术会议27人次。邀请国内外专家到课题组进行学术访问交流累计5人次。培养毕业硕士研究生5名，在读4名。