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Piezoelectric Materials || Piezoelectric Properties and Microstructure of (K,Na)NbO3– KTiNbO5 Composite Lead-Free Piezoelectric Ceramic

DOI:10.5772/62869 出版年份:2016 更新时间:2025-09-09 09:28:46
摘要: We developed a (K,Na)NbO3-based lead-free piezoelectric ceramic with a KTiNbO5 system, (K1?xNax)0.86Ca0.04Li0.02Nb0.85O3?δ–KTiNbO5–BaZrO3–Co3O4–Fe2O3–ZnO (KNN–NTK composite). This KNN–NTK composite exhibits a very dense microstructure, ε33T/ε0 = 1600, and d33 = 252 pC/N. We found that a portion of the KTiNbO5 converted into K2(Ti,Nb,Co,Zn)6O13 and/or CoZnTiO4. We were able to reproducibly prepare granulated powder of KNN–NTK in batches of 100 kg using a spray-dryer. In addition, we performed a detailed investigation of the microstructure of KNN–NTK composite. The results show that a tetragonal and an orthorhombic phase coexist in a main KNN phase over a wide range of 0.56 ≤ x ≤ 0.75. The granular nanodomains of the orthorhombic phase dispersed within the tetragonal matrix in the KNN phase. A maximum value of kp = 0.56 occurred for x = 0.56. The Na fraction x corresponding to maximum kp was also the minimum x required to generate the orthorhombic phase. We conclude that the KNN–NTK composite exhibits excellent piezoelectric properties because of the two-phase coexisting state. This gentle phase transition of KNN–NTK composite seems to be a relaxor, but the diffuseness degree γ = 1.07 suggests otherwise.
作者: Kazushige Ohbayashi
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To develop a (K,Na)NbO3-based lead-free piezoelectric ceramic with a KTiNbO5 system and investigate its microstructure and piezoelectric properties.

The KNN–NTK composite lead-free piezoelectric ceramic exhibits excellent piezoelectric properties due to the two-phase coexisting state of tetragonal and orthorhombic phases in the KNN phase. The material shows high thermal durability and stability, making it a suitable substitute for PZT in various applications. The study provides a detailed understanding of the microstructure and phase transition behavior of the composite, contributing to the advancement of lead-free piezoelectric materials.

The study focuses on the development and characterization of a specific lead-free piezoelectric ceramic, and while it demonstrates excellent piezoelectric properties, the scalability and cost-effectiveness of the production process may require further optimization for commercial applications.

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