مطالعه اثر تف جوشي دو مرحله اي بر چگالي و خواص الكتريكي نايوبات پتاسيم-سديم اصلاح شده با ليتيم و آنتيموان

Studying the effect of two step sintering on density and dielectric properties of Li and Sb modified potassium-sodium niobate piezoceramics

از ميان پيزوسراميك ها، تركيبات بر پايه سرب به دليل خواص پيزوالكتريك و الكترومكانيكي عالي، همواره بيش از ساير مواد پيزوالكتريك مورد توجه بوده اند. با اين حال، استفاده از سراميك هاي مبتني بر سرب به دليل سميت زياد اكسيد سرب و فشار بخار بالاي آن در هنگام تف جوشي، مشكلات جدي زيست محيطي ايجاد كرده است. سراميك هاي نايوبات پتاسيم - سديم اصلاح شده باLi و Sb به دليل خصوصيات الكتريكي عالي، به عنوان نامزدهاي اميدوار كننده سراميك هاي پيزوالكتريك بدون سرب در نظر گرفته مي شوند كه در اين پژوهش، ساخت پيزوسراميك هاي نايوبات سديم-پتاسيم اصلاح شده با فرمول شيميايي (K0.474Na0.474Li0.052)(Sb0.052Nb0.948)O3 با روش متداول واكنش حالت جامد انجام شد. به منظور تعيين دماي بهينه سنتز از آناليز حرارتي (TGA) استفاده شد و با بررسي نمودار آناليز حرارتي، كلسيناسيون تك مرحله اي در دماي ℃750 و به مدت 4 ساعت صورت پذيرفت. نتايج حاصل از آناليز پراش اشعه ايكس نشان داد كه + Li و+Sb5 در شبكه هاي K0.5Na0.5NbO3 حل مي شوند و يك محلول جامد با ساختار پروسكايت را تشكيل مي دهند. روش تف جوشي دو مرحله اي براي ساخت نمونه ها در نظر گرفته شد و براي دست يابي به دماي بهينه تف جوشي، چگالي و خواص الكتريكي نمونه ها در دماهاي مختلف تف جوشي بررسي شد. نتايج حاصل نشان مي دهد كه نمونه تف جوشي شده در شرايط دو مرحله اي ℃ 880 به مدت ۱ ساعت و سپس ℃ 1100 به مدت 1 ساعت داراي چگالي بالا ( % 95= th ρ) و خاصيت دي الكتريك مطلوب (ε = 1012.18) مي باشد.

Among piezoceramics, lead-based compounds have always received more attention than other piezoelectric materials due to their excellent piezoelectric and electromechanical properties. However, the use of lead-based ceramics has caused serious environmental problems due to the high toxicity of lead oxide and its high vapor pressure during sintering. Li-Sb-modified potassium-sodium niobate ceramics are considered as promising candidates for lead-free piezoelectric ceramics due to their excellent electrical properties. (K0.474Na0.474Li0.052) (Sb0.052Nb0.948) O3 was synthesized by conventional solid state reaction method. In order to determine the optimum temperature of synthesis, thermal analysis (TGA) was used and by examining the thermal analysis diagram, single-stage calcination was performed at a temperature of 750 ͦC for 4 hours. The results of X-ray diffraction analysis showed that Li+ and Sb+5 dissolve in K0.5Na0.5NbO3 networks and form a solid solution with perovskite structure. The two-step sintering method was considered for fabrication of samples and to achieve the optimum sintering temperature, the density, and electrical properties of the samples at different sintering temperatures were investigated. The results showed that the sample sintered at the two-stage condition of 880 ℃ - 1 hour and then 1100 ℃ - 1 hour has a high density ρ = 95% ρth) and a good dielectric property (ε = 1012).