碱金属铌酸盐基压电陶瓷的相组成、织构工艺和力电性能的相关性研究

碱金属铌酸盐基织构压电陶瓷具备优异的压电性能，从而成为一类重要的无铅候选材料和工艺技术。然而目前对织构压电陶瓷的力学性能、断裂特性，以及（001）模板晶粒长大技术用于织构碱金属铌酸盐基组成的晶体学依据还缺乏必要的认识。本项目围绕碱金属铌酸盐基压电组成，研究织构工艺和压电陶瓷相结构组成的相关性、以及织构工艺对电学性能和力学性能的影响。着重从模板种子晶体（组成、形貌、取向）和压电陶瓷基体的相组成这两个方面着手，研究碱金属铌酸盐基织构压电陶瓷制备工艺的优化措施，探索模板晶粒长大织构技术对拥有不同相界类型的碱金属铌酸盐基陶瓷的压电性能产生影响的晶体学根源；用具有同组成的随机取向的无铅陶瓷作对比实验，研究织构化碱金属铌酸盐基无铅压电陶瓷的力电性能，特别是力学性能、断裂特征和机理以及织构工艺对其影响的作用机理。本项目的立项实施不仅能够深化对织构无铅压电陶瓷的理论认识，而且研究成果具有明显的应用价值。

该基金项目于2009年底获得立项资助，执行期间为2010年1月-2012年12月。项目的主要任务概括起来有如下三个方面：一、高性能无铅压电陶瓷的制备、低温烧结机理，机电性能及其相关机理的研究；二、具有不同组成、形貌和取向的模板种子晶体的合成工艺；三、模板晶粒长大法制备织构无铅压电陶瓷及其力电性能研究。这些研究内容基本是安排在过去的三年内完成的，实现了项目预期的研究目标，主要成果有如下几个方面：在国际知名期刊上共发表学术论文43篇（有基金号的），其中SCI收录的有42篇，授权发明专利有4项，在受理的有5项，先后共有10多人次参加国内外的学术会议，部分为分会的邀请报告，培养了6名研究生，其中已经毕业的有3名硕士研究生和1名博士研究生，还有2名博士生在读。关于织构无铅压电陶瓷的制备，力电性能及其影响规律方面的研究，取得了一些可喜的研究进展，成功地制备了高性能的碱金属铌酸盐基无铅压电陶瓷，首次成功地设计了具有R-T相共存的碱金属铌酸盐基陶瓷材料，开拓这个陶瓷体系的研究思路，成功地合成了几种不同形貌和取向的单晶模板种子，并以此制备出高织构度的无铅压电陶瓷材料，深入探讨了织构的形成过程及其机理，获得了织构无铅压电陶瓷工艺优化的新思路，初步弄清了织构无铅压电陶瓷的电学性能和力学性能，微裂纹的扩展特征，断裂机理等和织构工艺的相关性及其影响规律。