题目：KNLNT基无铅压电陶瓷的制备工艺及其温度稳定性的研究

压电陶瓷材料是一类国际竞争极为激烈的高技术功能材料，它的发展在整个电子科技领域中处于领先的地位。为了保护环境和保证人类社会的可持续发展，开发高性能且温度稳定性好的无铅压电陶瓷材料已成为其材料研究的主要趋势。
KNbO3-NaNbO3（简称KNN）基无铅压电陶瓷以其压电性较高、铁电性能较强、居里温度高等特点而备受人们的关注，并成为当今材料领域的研究热点。KNN基压电陶瓷被认为是最有望取代铅基压电陶瓷的新型无铅压电陶瓷体系，但是由于KNN陶瓷的压电性能对制备条件具有极强的敏感性，采用传统陶瓷制备工艺很难得到结构致密和性能稳定的KNN陶瓷。
本文选择(K0.46Na0.50Li0.04)(Nb0.85Ta0.15)O3（简称KNLNT）陶瓷作为基础体系，进行了球磨、预烧、烧结、极化等工艺条件的研究，而后向KNLNT陶瓷中加入新的组元CaTiO3，以期望在保持其较高的电学性能的前提下提高陶瓷的温度稳定性。主要研究内容如下：
(1) 研究了球磨时间对KNLNT陶瓷的相结构、显微结构、压电性能、介电性能和铁电性能的影响。结果表明：在球磨时间为5~25 h范围内，所得预烧粉体均达到亚微米级别，预烧粉体及陶瓷样品均为纯的钙钛矿相结构。随着球磨时间的增加，陶瓷晶粒的均匀化程度增强，当球磨时间为20 h时，陶瓷晶粒发育较好，尺寸均匀，样品的表观密度达到最大值。陶瓷样品的电滞回线均比较饱和，其最优化的球磨时间为20 h，此时所得的陶瓷具有最佳的综合电学性能，其电性能分别为：d33=248 pC/N、Kp=0.50、Qm=70、εr=1130、tanδ=0.019，Ec=14.31 kV/cm，Pr=28.38 μC/cm2。
(2) 研究了预烧温度、预烧时间、烧结温度以及极化工艺(极化电压、极化时间和极化温度)等条件对KNLNT陶瓷的相结构、显微结构、压电性能、介电性能和铁电性能的影响。结果表明：在预烧温度为750~950 oC范围内，KNLNT陶瓷均为纯的四方钙钛矿相结构，随着预烧温度的升高，陶瓷的d33、Kp、εr和Pr先增加后减小，Qm和tanδ先减小后增加，Ec变化不大。陶瓷最佳的预烧温度为850 oC，此时陶瓷晶粒饱满，陶瓷的表观密度取得最大值，压电、介电、铁电性能最佳。在不同的预烧时间下，陶瓷样品均为纯的四方钙钛矿相结构，随着预烧时间的增加，陶瓷的d33、Kp和εr先增加后减小，Qm和tanδ先减小后增加。其最佳的预烧时间为9 h，在此情况下，陶瓷晶粒较为饱满，生长比较均匀，陶瓷的表观密度最大，各项电学性能最佳。当预烧时间为9 h时，在25~50 oC测试温度范围内，陶瓷的Pr和Ec随着测试温度的升高逐渐增大。在不同的烧结温度下，陶瓷样品均为纯的钙钛矿相结构，随着烧结温度的升高，陶瓷的d33、Kp和εr先增加后减小，Qm和tanδ先减小后增加。当烧结温度为1135 oC时，陶瓷晶粒饱满，生长均匀，表观密度得到最大值，压电、介电和铁电性能最佳。极化电压、极化时间和极化温度对KNLNT陶瓷样品的压电性能影响较大，其最适宜的极化条件为：极化电压3.5 kV、保压时间15 min、极化温度80 oC。在该条件下制得的陶瓷各项性能参数分别为：ρ=4.35 g/cm3，d33=262 pC/N，Kp=0.54，Qm=74，εr=1130，tanδ=0.019，Pr=28.38 μC/cm2，Ec=14.31 kV/cm。
(3) 在最佳的制备条件下，研究了新的组元CaTiO3的加入对KNLNT陶瓷的相结构、显微结构、压电性能、介电性能、铁电性能和温度稳定性的影响。结果表明：不同组分下的陶瓷样品均为纯的钙钛矿相结构，随着CaTiO3含量的增加，陶瓷的表观密度逐渐减小，晶粒尺寸的均匀性降低，陶瓷的d33、Kp和Qm均呈现出逐渐减小的趋势，εr先减小后增加，tanδ则逐渐增加。CaTiO3的加入使样品的正交-四方相变温度远离室温，提高了样品的温度稳定性。综合考虑陶瓷样品的室温电学性能和温度稳定性，0.992KNLNT-0.008CT陶瓷的性能最佳，其电学性能分别为：d33=232 pC/N，Kp=0.43，Qm=62，εr=1062，tanδ=0.024。
通过上述研究，我们得到了一个较佳的陶瓷组分：0.992(K0.46Na0.50Li0.04)(Nb0.85Ta0.15)O3-0.008CaTiO3，其温度稳定性和各项电学性能较佳，具有较大的潜在实用价值。