Technologia domieszkowanej ceramiki KNN

Podobne dokumenty
Badanie struktury, składu fazowego i chemicznego ceramiki Bi 1-x Nd x FeO 3

Wp yw domieszki lantanu na w a ciwo ci Bi 4 Ti 3 O 12

Badanie wpływu dodatku modyfikatorów na właściwości mechaniczne i termiczne wysokoglinowego tworzywa odpornego na szoki termiczne

WPŁYW TECHNOLOGII OTRZYMYWANIA NA WŁAŚCIWOŚCI DIELEKTRYCZNE CERAMIKI TYPU PZT

Wpływ koncentracji litu na wybrane właściwości strukturalne i mechaniczne ceramicznych stałych roztworów Na 1-x Li x NbO 3 dla x 0,06

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH CERAMIKI BORKOWEJ W TEMPERATURACH DO 800 C TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF CERAMIC BORIDES MATERIALS UP TO 800 C

KOMPOZYTY NA OSNOWIE FAZY MIĘDZYMETALICZNEJ NiAl O WŁAŚCIWOŚCIACH ZMODYFIKOWANYCH CZĄSTECZKAMI CERAMICZNYMI

Technologia i podstawowe właściwości wieloskładnikowej ceramiki na bazie Pb(Zr 0,75 Ti 0,25 )O 3 syntezowanej metodą zol-żel

Spiekanie bez aktywatorów metodą SPS węglików wybranych metali przejściowych

Wpływ nadmiaru Bi 2 O 3 na syntezę i właściwości ceramiki BiNbO 4 The effect of excess Bi 2 O 3 on the synthesis and properties of BiNbO 4 ceramics

Zastosowanie materiałów perowskitowych wykonanych metodą reakcji w fazie stałej do wytwarzania membran separujących tlen z powietrza

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTURĘ I MORFOLOGIĘ PRZEŁOMÓW SILUMINU AlSi7

PRACE. Instytutu Ceramiki i Materia³ów Budowlanych. Nr 6. Scientific Works of Institute of Ceramics and Construction Materials ISSN

MODYFIKACJA SILUMINU AK20. F. ROMANKIEWICZ 1 Politechnika Zielonogórska,

Właściwości ceramiki BiFeO 3 domieszkowanej dysprozem Properties of Dy-doped BiFeO 3 ceramics

CERAMIKI PRZEZROCZYSTE

OKREŚLENIE TEMPERATURY I ENTALPII PRZEMIAN FAZOWYCH W STOPACH Al-Si

OTRZYMYWANIE CERAMICZNYCH MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH NA BAZIE ŻUŻLI, POPIOŁÓW I PYŁÓW ZE SPALARNI ODPADÓW STAŁYCH

Tytuł pracy w języku angielskim: Microstructural characterization of Ag/X/Ag (X = Sn, In) joints obtained as the effect of diffusion soledering.

Wp yw czasu wygrzewania na w a ciwo ci cieplne polikryszta u azotku glinu

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

Charakterystyka kompozytów WCCo cbn otrzymanych metodą PPS

Konsolidacja proszków tlenku glinu z wykorzystaniem reakcji hydrolizy azotku glinu

Wytwarzanie przezroczystej ceramiki Y 2 O 3 metod spiekania pod ci nieniem

WPŁYW DODATKU MANGANU NA STRUKTURĘ I WŁAŚCIWOŚCI SPIEKÓW Fe-Cr-Mo

KOMPOZYTY Al2O3-Si3N4w

CERAMIKA PLZT JAKO MATERIAŁ DLA ELKTROAKUSTYKI

Tytuł pracy w języku angielskim: Physical properties of liquid crystal mixtures of chiral and achiral compounds for use in LCDs

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

WPŁYW DODATKU WĘGLIKA WC I PARAMETRÓW WYTWARZANIA NA STRUKTURĘ I WŁASNOŚCI WĘGLIKOSTALI NA OSNOWIE STALI SZYBKOTNĄCEJ

MATERIAŁY SPIEKANE (SPIEKI)

A. PATEJUK 1 Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej WAT Warszawa ul. S. Kaliskiego 2, Warszawa

σ c wytrzymałość mechaniczna, tzn. krytyczna wartość naprężenia, zapoczątkowująca pękanie

IV Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Techniczna Problematyka funkcjonowania i rozwoju branży metalowej w Polsce

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

SPIEKI NiAl-0,2% at. Hf OTRZYMYWANE METODĄ IMPULSOWO-PLAZMOWEGO SPIEKANIA

KOMPOZYTY Ti3Al-ZrO2

OKREŚLENIE METODĄ KALORYMETRII SKANINGOWEJ ENTALPII PRZEMIAN FAZOWYCH W ŻELIWIE SZARYM

SIARKOWANIE MATERIAŁÓW METALICZNYCH

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTURĘ I MORFOLOGIĘ PRZEŁOMÓW SILUMINU AK132

WŁAŚCIWOŚCI KRUSZYW LEKKICH MODYFIKOWANYCH ZUśYTYMI ADSORBENTAMI

WPŁYW ALUMINIUM NA NIEKTÓRE WŁAŚCIWOŚCI I STRUKTURĘ STALIWA

Struktura i właściwości elektryczne ceramiki PZT otrzymywanej metodą zolowo-żelową

PL B1. Instytut Chemii Przemysłowej im.prof.ignacego Mościckiego,Warszawa,PL BUP 07/06

WPŁYW TEMPERATURY SPIEKANIA NA WŁAŚCIWOŚCI TWORZYW Z ZnO. INFLUENCE OF SINTERING TEMPERATURE ON PROPERTIES OF ZnO - BASED MATERIALS

KLIWOŚCI WYZNACZANIE NASIĄKLIWO. eu dział laboratoria. Więcej na: Robert Gabor, Krzysztof Klepacz

Dielektryczne w a ciwo ci ceramiki PZT otrzymanej metod zol el i domieszkowanej chromem, manganem i tantalem

KSZTAŁTOWANIE STRUKTURY I WŁASNOŚCI INFILTROWANYCH KOMPOZYTÓW M3/2-WC-Cu W WYNIKU ZMIAN ZAWARTOŚCI WC I PARAMETRÓW WYTWARZANIA

STABILNOŚĆ STRUKTURALNA STALI P92 W KSZTAŁTOWANYCH PLASTYCZNIE ELEMENTACH RUROCIĄGÓW KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH ANDRZEJ TOKARZ, WŁADYSŁAW ZALECKI

MODYFIKACJA SILUMINU AK12. Ferdynand ROMANKIEWICZ Folitechnika Zielonogórska, ul. Podgórna 50, Zielona Góra

Synteza i spiekanie ceramiki BLT domieszkowanej Fe 3+

WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTÓW Al2O3-Mo W ASPEKCIE BADAŃ Al2O3 WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH

Półprzewodnikowe właściwości ceramiki (Ba 0,6 Pb 0,4 )TiO 3 domieszkowanej szkłem specjalnym

WyŜsza Szkoła InŜynierii Dentystycznej im. prof. Meissnera

Otrzymywanie drobnodyspersyjnych cząstek kompozytowych Al-Si 3 N 4 metodą mielenia wysokoenergetycznego

Podstawowe w a ciwo ci ceramiki PFN domieszkowanej potasem

Spieki NiAl i Ni 3 Al wytwarzane w reakcji SHS metod PPS

KOMPOZYTY Al2O3-SiCw

Analiza składu chemicznego i fazowego domieszkowanego Mg 2 Si otrzymywanego na drodze bezpośredniej reakcji z substratów

METODY BADAŃ BIOMATERIAŁÓW

WPŁYW MODYFIKOWANIA Bi 2 O 3 BAREM NA WŁAŚCIWOŚCI MIKROSTRUKTURY WARYSTORÓW ZnO *)

Otrzymywanie ceramiki Sr 0,7 Ba 0,3 Nb 2 O 6 o ukierunkowanej mikrostrukturze metod prasowania na gor co

MODYFIKACJA SILUMINU AK20 DODATKAMI ZŁOŻONYMI

Badania porównawcze suszenia mikrofalowego i suszenia konwencjonalnego betonu ogniotrwałego

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

WPŁYW PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ TAŚM ZE STALI X6CR17 NA ICH WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I STRUKTURĘ

Otrzymywanie ceramiki ferroelektrycznej od kuchni

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

IDENTYFIKACJA FAZ W MODYFIKOWANYCH CYRKONEM ŻAROWYTRZYMAŁYCH ODLEWNICZYCH STOPACH KOBALTU METODĄ DEBYEA-SCHERRERA

Synteza i spiekanie dwuborku tantalu metod SPS

WPŁYW WARUNKÓW UTWARDZANIA I GRUBOŚCI UTWARDZONEJ WARSTEWKI NA WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE ŻYWICY SYNTETYCZNEJ

WPŁYW MAGNEZU I BIZMUTU NA MODYFIKACJĘ STOPU AlSi7 DODATKIEM AlSr10

MODYFIKACJA STOPU AK64

WPŁYW TEMPERATURY SPIEKANIA NA MECHANIZM DEKOHEZJI KOMPOZYTU Al-(Al2O3)p

Wpływ mikrocementu na parametry zaczynu i kamienia cementowego

MODYFIKACJA SILUMINÓW AK7 i AK9. F. ROMANKIEWICZ 1 Uniwersytet Zielonogórski, ul. Podgórna 50, Zielona Góra

Charakter struktury połączenia porcelany na podbudowie cyrkonowej w zaleŝności od rodzaju materiału licującego.

Conception of reuse of the waste from onshore and offshore in the aspect of

TEMAT PRACY DOKTORSKIEJ

NAPRĘŻENIA ŚCISKAJĄCE PRZY 10% ODKSZTAŁCENIU WZGLĘDNYM PRÓBEK NORMOWYCH POBRANYCH Z PŁYT EPS O RÓŻNEJ GRUBOŚCI

Spiekanie stali narzędziowej Astaloy CrM metodą SPS

Nauka o Materiałach. Wykład IV. Polikryształy I. Jerzy Lis

Leon Murawski, Katedra Fizyki Ciała Stałego Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TECHNOLOGICZNYCH PŁYTEK SKRAWAJĄCYCH Z WĘGLIKÓW SPIEKANYCH TYPU WC-6Co WYTWARZANYCH METODĄ IMPULSOWO- PLAZMOWĄ.

ODPORNOŚĆ BETONÓW SAMOZAGĘSZCZALNYCH NA BAZIE CEMENTU ŻUŻLOWEGO (CEM III) NA DZIAŁANIE ŚRODOWISK ZAWIERAJĄCYCH JONY CHLORKOWE

BADANIE WYDZIELEŃ W STALIWIE RUR KATALITYCZNYCH PRZY POMOCY MIKROSKOPU SKANINGOWEGO

Otrzymywanie ceramiki tytanianu baru domieszkowanego La 3+ metod zol- el

Politechnika Politechnika Koszalińska

KOMPOZYTY Ti3Al-TiB2

Materiały katodowe dla ogniw Li-ion wybrane zagadnienia

WPŁYW WIELKOŚCI CZĄSTEK ROZDROBNIONEJ PSZENICY NA PARAMETRY PROCESU ZAGĘSZCZANIA

ZMIANY KINETYKI UTLENIANIA STALIWA Cr-Ni MODYFIKOWANEGO TYTANEM I CYRKONEM

WPŁYW MODYFIKACJI SODEM LUB STRONTEM NA MIKROSTRUKTURĘ I WŁAŚCIWOŚCI MECHNICZNE STOPU AlSi7Mg

(62) Numer zgłoszenia, z którego nastąpiło wydzielenie:

MIKROSTRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI SPIEKANEJ STALI 410L Z DODATKIEM MIEDZI MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF SINTERED 410L STEEL WITH COPPER ADDITION

OKREŚLANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK20 NA PODSTAWIE METODY ATND

Wpływ składu chemicznego na spiekalność i przewodnictwo jonów litu w La 2/3-x Li 3x TiO 3 ceramicznym elektrolicie stałym o strukturze perowskitu

KRYSTALIZACJA I SKURCZ STOPU AK9 (AlSi9Mg) M. DUDYK 1, K. KOSIBOR 2 Akademia Techniczno Humanistyczna ul. Willowa 2, Bielsko Biała

LABORATORIUM ANALITYCZNEJ MIKROSKOPII ELEKTRONOWEJ (L - 2)

Inkluzje Protodikraneurini trib. nov.. (Hemiptera: Cicadellidae) w bursztynie bałtyckim i ich badania w technice SEM

Transkrypt:

MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 69, 4, (2017), 359-363 1984 www.ptcer.pl/mccm Technologia domieszkowanej ceramiki KNN Katarzyna Osińska*, Dariusz Bochenek, Karol Guzak Uniwersytet Śląski w Katowicach, Wydział Informatyki i Nauki o Materiałach, Instytut Technologii i Mechatroniki, ul. Żytnia 12, 41-200 Sosnowiec *e-mail: katarzyna.osinska@us.edu.pl Streszczenie Związki na bazie niobianu potasu sodu (K x Na 1-x )NbO 3 (KNN) są obiecującymi bezołowiowymi materiałami ferroelektrycznymi wykazującymi dobre właściwości piezoelektryczne. W prezentowanej pracy przedstawione zostały zagadnienia związane z wpływem domieszkowania jonami antymonu Sb 5+ ceramiki niobianu potasu sodu modyfikowanej litem i tantalem (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )(Nb 0,9-x Ta 0,1 Sb x )O 3 (KNLNTSb) na jej technologię, podstawowe właściwości fizyczne oraz mikrostrukturę. Proszki KNLNTSb wytworzono metodą reakcji syntezy w fazie stałej z mieszaniny prostych tlenków i węglanów (MOM). Proszki ceramiczne KNLNTSb były następnie prasowane w dyski i zagęszczane metodą spiekania swobodnego w temperaturze T 1 = 1110 C, T 2 = 1130 C, T 3 = 1150 C, przez t = 3 godz. Dla wytworzonych próbek ceramicznych KNLNTSb określono podstawowe właściwości fizyczne: gęstość i porowatość otwartą metodą Archimedesa oraz nasiąkliwość. Mikrostrukturę wytworzonej ceramiki obserwowano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego JSM-7100F TTL LV. Analizę składu chemicznego ceramiki KNLNTSbx przeprowadzono metodą EDS. Przeprowadzone badania wykazały, że domieszkowanie ceramiki KNN poprawia jej spiekalność oraz wpływa pozytywnie na właściwości fizyczne materiału. Słowa kluczowe: ceramika, KNN, technologia materiałów ceramicznych, morfologia TECHNOLOGY OF DOPED KNN CERAMICS Compounds based on potassium sodium niobate (K x Na 1-x )NbO 3 (KNN) are promising unleaded ferroelectric materials that show good piezoelectric properties. In the present work we report the results of study influence of doping of antimony on the technology, basic physical properties and microstructure of potassium sodium niobate ceramics modified by lithium and tantalum ions, and doped by Sb 5+ (K 0.44 Na 0.52 Li 0.04 )(Nb 0.9-x Ta 0.1 Sb x )O 3 (KNLNTSb). KNLNTSb powders were synthesized by the standard solid-state reaction method using the mixture of oxides and carbonates. The powders were next compacted into disks, and the compacts were consolidated by free sintering at temperatures of T 1 = 1110 C, T 2 = 1130 C, T 3 = 1150 C with a soaking time t = 3 h. Basic physical properties of the sintered samples were measured: apparent density and open porosity by the Archimedes method, and absorbability. The microstructure of the ceramic samples was observed by scanning electron microscopy JSM-7100F TTL LV. The stoichiometry of KNLNTSbx ceramics was studied with the EDS chemical composition analysis system. The conducted research proved that doping of the KNN ceramics improves their sinterability and positively influences the physical properties. Keywords: Ceramics, KNN, Technology of ceramic materials, Morphology 1. Wstęp We współczesnej technice mikroelektronicznej ceramika piezoelektryczna znajduje szerokie zastosowanie do produkcji przetworników, aktuatorów i sensorów. Powszechnie wykorzystuje się do tego celu głównie ceramikę zawierającą ołów, np. wieloskładnikowe materiały otrzymane na bazie Pb(ZrTi)O 3 (PZT). Jednak toksyczność tlenku ołowiu(ii) oraz jego niska temperatura parowania (połączona z wysoką prężnością pary podczas spiekania), wymusiły konieczność poszukiwań alternatywnych bezołowiowych materiałów piezoelektrycznych, które są przyjazne dla środowiska. Związki na bazie niobianu potasu sodu (K x Na 1-x )NbO 3 (KNN) są obiecującymi bezołowiowymi materiałami ferroelektrycznymi wykazującymi dobre właściwości piezoelektryczne. Stanowią one alternatywę względem ołowiowych piezoelektryków, takich jak np. ceramika oparta na Pb(ZrTi) O 3 (PZT). Od momentu odkrycia ceramiki niobianu potasu sodu z jej doskonałymi właściwościami piezoelektrycznymi, największy problem w procesie technologicznym stanowi zagęszczanie proszku KNN podczas spiekania. Problemy te przyczyniają się między innymi do odchylenia składu od stechiometrii w wyniku powstawania dodatkowych faz podczas spiekania. Duża lotność alkalicznych materiałów wyjściowych i trudność uzyskania dobrej mikrostruktury sprawiają, że zagęszczanie ceramiki KNN nie jest łatwe. Alkaliczne substraty ceramiki KNN mają stosunkowo niską temperaturę parowania, co może powodować wahania składu materiału końcowego i w rezultacie gorsze jego właściwości użytkowe. Bezciśnieniowe spiekanie swobodne nie daje dobrych rezultatów zagęszczania. Wytworzona tą metodą ceramika wykazuje niską gęstość i dużą porowatość, co znacznie pogarsza jej właściwości [1, 2]. W celu polepszenia spiekalności ceramiki KNN można poszukiwać innej, alternatywnej metody zagęszczania [3, 4] bądź zastosować domieszkowanie, które ISSN 1505-1269 359

K. Osińska, D. Bochenek, K. Guzak z jednej strony ułatwia spiekanie, a z drugiej przyczynia się do poprawienia właściwości fizycznych materiału [5]. Przykładem domieszkowania, które spełnia obie funkcje jest dodatek jonów litu Li + i tantalu Ta 5+. Jony litu wbudowują się w podsieć A, a jony tantalu w podsieć B perowskitowej struktury ABO 3, jaką charakteryzuje się ceramika KNN. Domieszkowanie ceramiki KNN jonami litu i tantalu ma znaczący wpływ na wartość optymalnej temperatury spiekania, gęstość wytworzonego materiału ceramicznego, jego mikrostrukturę i strukturę oraz właściwości elektryczne [6, 7]. Natomiast domieszkowanie ceramiki KNN jonami antymonu Sb 5+, które analogicznie do jonów tantalu Ta 5+ wbudowują się w podsieć B, wpływa na rozmiar ziaren ceramiki, ich uformowanie i ułożenie, co w rezultacie powoduje poprawę mikrostruktury oraz, co za tym idzie, polepszenie właściwości użytkowych materiału [8, 9]. Celem niniejszej pracy było wytworzenie ceramiki niobianu potasu sodu modyfikowanej jonami litu Li + i jonami tantalu Ta 5+, a domieszkowanej jonami antymonu Sb 5+ (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )(Nb 0,9-x Ta 0,1 Sb x )O 3 metodą spiekania swobodnego z proszków wytworzonych metodą reakcji syntezy w fazie stałej z prostych tlenków i węglanów oraz określenie wpływu zastosowanego domieszkowania antymonem na właściwości fizyczne, skład i mikrostrukturę wytworzonego materiału. 2. Eksperyment Proszek ceramiczny niobianu potasu sodu modyfikowany jonami litu Li + i tantalu Ta 5+, a domieszkowany antymonem o wzorze chemicznym (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )(Nb 0,9-x Ta 0,1 Sb x )O 3 dla x = 0, 0,02, 0,03 i 0,04, wytworzono metodą reakcji syntezy w fazie stałej z mieszaniny prostych tlenków i węglanów (MOM). Jako substraty wyjściowe zastosowano węglan potasu K 2 CO 3, (POCH, 99,99%), węglan sodu Na 2 CO 3 (SIGMA-ALDRICH, 99,5%), węglan litu Li 2 CO 3 (SIGMA-ALDRICH, 99%), tlenek niobu Nb 2 O 5 (SIGMA- -ALDRICH, 99,9%), tlenek tantalu Ta 2 O 5 (ALDRICH, 99%) i tlenek antymonu(v) Sb 2 O 5 (ALDRICH, 99,995%). Odważone w ilościach stechiometrycznych substraty reakcji mieszano wstępnie w moździerzu przez czas t = 0,5 godz., a następnie mieszano na mokro w etanolu (POCH, 99,99%) w młynie planetarnym przez czas t = 24 godz. Jako mielniki zastosowano kulki cyrkonowo-itrowe (3Y-TZP) o średnicy d = 10 mm. Po wysuszeniu, stechiometryczną mieszaninę proszków tlenków i węglanów substratów prasowano w dyski na prasie hydraulicznej pod ciśnieniem p = 300 MPa. Wypraski umieszczono w tyglu korundowym w podsypce z tlenku glinu Al 2 O 3 (POCH, 99,9%). Tygle uszczelniono mieszaniną tlenku glinu i krzemianu sodu Na 2 Si 3 O 7 (POCH, 99%). Syntezę proszku ceramicznego (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 ) ( N b 0,9-x Ta 0,1 Sb x )O 3 przeprowadzono w temperaturze T = 900 C przez czas t = 4 godz. w laboratoryjnym piecu muflowym, zakładając przebieg reakcji zgodny z następującym równaniem: 0,22K 2 CO 3 + 0,26Na 2 CO 3 + 0,02Li 2 CO 3 + + (0,45-x/2)Nb 2 O 5 + 0,05Ta 2 O 5 + x/2sb 2 O 5 (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )(Nb 0,9-x Ta 0,1 Sb x )O 3 + 0,5CO 2 (1) gdzie x = 0, 0,02, 0,03 i 0,04. Rys. 1. Zależność gęstości pozornej hydrostatycznej ρ ph od ułamka molowego antymonu x Sb dla próbek spiekanych w temperaturze T S1 = 1110 C, T S2 = 1130 C i T S3 = 1150 C. Fig. 1. The dependence of apparent hydrostatic density ρ ph on a mole fraction of antimony x Sb for samples sintered at T S1 = 1110 C, T S2 = 1130 C, and T S3 = 1150 C. Po syntezie próbki oczyszczono z podsypki, rozdrobniono w moździerzu i dalej mielono w młynie planetarnym, w pojemnikach poliamidowych na mokro z dodatkiem alkoholu etylowego i kulek cyrkonowo-itrowych (3Y-TZP) jako mielników przez czas t = 24 godz. Po wysuszeniu, z tak otrzymanego proszku (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )(Nb 0,9-x Ta 0,1 Sb x )O 3, formowano za pomocą prasy hydraulicznej dyski o średnicy d = 10 mm pod ciśnieniem p = 600 MPa metodą jednoosiowego prasowania na zimno w matrycach stalowych. Wypraski umieszczono w tyglu korundowym w podsypce z tlenku glinu. Tygle uszczelniono mieszaniną tlenku glinu i krzemianu sodu. Próbki zagęszczano metodą spiekania swobodnego w laboratoryjnym piecu komorowym HTC1500 w następujących, różnych warunkach technologicznych: T S1 = 1110 C przez t = 3 godz., T S2 = 1130 C przez t = 3 godz. lub T S3 = 1150 C przez t = 3 godz. Prędkość narastania temperatury w komorze pieca wynosiła v = 5 C/min. Programowalna regulacja temperatury pieca zapewniała jej liniowy wzrost i prawidłową stabilizację. Po spiekaniu i ochłodzeniu tygli spieczone wypraski (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )(Nb 0,9-x Ta 0,1 Sb x )O 3 oczyszczono z podsypki na papierze ściernym Aqua o gradacji P600C, P800 oraz P1500C. Wyznaczono podstawowe właściwości ceramiki (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 ) ( N b 0,9-x Ta 0,1 Sb x )O 3 : gęstość pozorną hydrostatyczną, porowatość otwartą i nasiąkliwość - dwie pierwsze metodą Archimedesa. Jakościową i ilościową analizę składu chemicznego metodą EDS wraz z obrazowaniem morfologii przełomów, wytworzonych próbek ceramicznych KNLNTSb, przeprowadzono przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego JSM-7100F TTL LV, wyposażonego w przystawkę EDS, przy napięciu przyspieszającym U = 30 kv. Mikroskop JSM-7100F TTL LV wyposażony jest w działo elektronowe z termiczną emisją polową (T-FE) oraz nowoczesny system kolumny elektronooptycznej bazującej na soczewce obiektywowej typu sem-in-lens, umożliwiającej uzyskiwanie obrazów o wysokiej jakości i rozdzielczości dla dowolnego rodzaju badanego materiału. 3. Wyniki pomiarów Dla wytworzonych próbek ceramiki (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )- (Nb 0,9-x Ta 0,1 Sb x )O 3, oznaczonych jako KNLNTSb0 (x = 0), 360 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 69, 4, (2017)

Technologia domieszkowanej ceramiki KNN Tabela 1. Wartości gęstości pozornej hydrostatycznej r ph, nasiąkliwości N i porowatości otwartej P dla próbek ceramicznych (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )- (Nb 0,9 Ta 0,1 )O 3 (KNLNTSb0), (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )(Nb 0,88 Ta 0,1 Sb 0,02 )O 3 (KNLNTSb2), (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )(Nb 0,87 Ta 0,1 Sb 0,03 )O 3 (KNLNTSb3), (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )(Nb 0,86 Ta 0,1 Sb 0,04 )O 3 (KNLNTSb4) spiekanych w temperaturze T S1 = 1110 C, T S2 = 1130 C, T S3 = 1150 C. Table 1. The values of apparent hydrostatic density r ph, absorbability N and open porosity P for ceramic samples (K 0.44 Na 0.52 Li 0,04 ) ( N b 0.9 Ta 0,1 )O 3 (KNLNTSb0), (K 0.44 Na 0.52 Li 0.04 )(Nb 0.88 Ta 0.1 Sb 0.02 )O 3 (KNLNTSb2), (K 0.44 Na 0.52 Li 0.04 )(Nb 0.87 Ta 0.1 Sb 0.03 )O 3 (KNLNTSb3), (K 0.44 Na 0.52 Li 0.04 ) ( N b 0.86 Ta 0.1 Sb 0.04 )O 3 (KNLNTSb4) sintered at T S1 = 1110 C, T S2 = 1130 C, T S3 = 1150 C. Skład Gęstość pozorna ρ ph [g/cm 3 ] Nasiąkliwość N [%] T S2 = 1110 C Porowatość otwarta P [%] KNLNTSb0 2,94±0,06 6,38±0,45 19,01±0,95 KNLNTSb2 3,28±0,07 5,26±0,37 16,96±0,85 KNLNTSb3 2,87±0,06 6,42±0,45 18,7±0,94 KNLNTSb4 3,23±0,06 2,50±0,18 7,98±0,40 T S2 = 1130 C KNLNTSb0 3,36±0,07 2,18±0,22 7,44±0,60 KNLNTSb2 3,08±0,06 5,41±0,54 16,53±1,32 KNLNTSb3 3,35±0,07 2,71±0,27 8,97±0,72 KNLNTSb4 3,29±0,07 2,31±0,23 7,58±0,61 T S3 = 1150 C KNLNTSb0 3,10±0,06 5,31±0,37 16,44±0,82 KNLNTSb2 3,22±0,06 3,17±0,22 10,31±0,52 KNLNTSb3 2,97±0,06 4,15±0,30 12,39±0,62 KNLNTSb4 3,15±0,06 3,48±0,24 11,08±0,55 Rys. 2. Zależność nasiąkliwości N (a) i porowatości otwartej P (b) od ułamka molowego antymonu x Sb dla próbek spiekanych w temperaturze T S1 = 1110 C, T S2 = 1130 C i T S3 = 1150 C. Fig. 2. The dependence of absorbability N (a) and open porosity P (b) on a mole fraction of antimony for samples sintered at T S1 = 1110 C, T S2 = 1130 C, T S3 = 1150 C. KNLNTSb0,02 (x = 0,02), KNLNTSb0,03 (x = 0,03), KNLNTSb0,04 (x = 0,04), spiekanych w temperaturze T S1 = 1110 C, T S2 = 1130 C i T S3 = 1150 C wyznaczono gęstość pozorną hydrostatyczną r ph, nasiąkliwość N i porowatość otwartą P, których wartości zestawiono w Tabeli 1. Rys. 1 przedstawia wykres zależności gęstości pozornej hydrostatycznej ρ ph od zawartości antymonu x Sb dla próbek KNLNTSbx spiekanych w różnej temperaturze. Na wykresach widać, że ta przebiega niemonotonicznie. Najwyższe wartości gęstości pozornej hydrostatycznej obserwuje się dla próbek z ułamkiem molowym antymonu równym x Sb = 0,03 i x Sb = 0,04 spiekanych w temperaturze T S2 = 1130 C. Na Rys. 2a przedstawiono wykres zależności nasiąkliwości N od ułamka molowego antymonu x Sb, a na Rys. 2b wykres zależności porowatości otwartej P od ułamka mo- Rys. 3. Zależność gęstości pozornej hydrostatycznej ρ ph od temperatury spiekania T S dla próbek o różnej zawartości antymonu. Fig. 3. The dependence of apparent hydrostatic density ρ ph on a sintering temperature T S for samples with different antimony content. MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 69, 4, (2017) 361

K. Osińska, D. Bochenek, K. Guzak lowego antymonu x Sb dla próbek KNLNTSbx spiekanych w różnej temperaturze. Najniższe wartości nasiąkliwości i porowatości obserwuje się dla składu (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )(Nb 0,86 Ta 0,1 Sb 0,04 )O 3 w przypadku każdej temperatury spiekania. Natomiast najwyższą nasiąkliwością i porowatością charakteryzują się próbki z ułamkiem molowym antymonu x Sb z przedziału 0 0,03, które spiekano w temperaturze T S1 = 1110 C. Również próbka bez domieszki antymonu spiekana w temperaturze T S1 = 1130 C wykazuje niską nasiąkliwość i niską porowatość. Rys. 4. Zależność nasiąkliwości N (a) i porowatości otwartej P (b) od temperatury spiekania T S dla próbek o różnej zawartości antymonu. Fig. 4. The dependence of impregnability N (a) and porosity P (b) ) on a sintering temperature T S for samples with different antimony content. c) d) Rys. 5 Obrazy SEM i widma analizy EDS ceramiki (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )(Nb 0,9-x Ta 0,1 Sb x )O 3 spiekanej w T S = 1130 C: a) KNLNTSb0 (x = 0), b) KNLNTSb2 (x = 0,02), c) KNLNTSb3 (x = 0,03), d) KNLNTSb4 (x = 0,04). Fig. 5. SEM micrographs and EDS analysis spectra of (K 0.44 Na 0.52 Li 0.04 )(Nb 0.9-x Ta 0.1 Sb x )O 3 ceramics sintered at T S = 1130 C: a) KNLNTSb0 (x = 0), b) KNLNTSb2 (x = 0.02), c) KNLNTSb3 (x = 0.03), d) KNLNTSb4 (x = 0.04). 362 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 69, 4, (2017)

Technologia domieszkowanej ceramiki KNN Wykres zależności gęstości pozornej hydrostatycznej ρ ph od temperatury spiekania T S dla próbek KNLNTSbx o różnej zawartości antymonu przedstawiono na Rys. 3. Na wykresach widać, że najwyższą gęstość pozorną hydrostatyczną wykazują próbki o składach KNLNTSb0 (bez dodatku antymonu) i KNLNTSb3 (ułamek molowy x Sb = 0,03) spiekane w temperaturze T S = 1130 C. Na Rys. 4a przedstawiono wykres zależności nasiąkliwości N od temperatury spiekania T S, a na Rys. 4b wykres zależności porowatości otwartej P od temperatury spiekania T S dla próbek KNLNTSbx o różnej zawartości antymonu. Najniższą wartością nasiąkliwości i porowatości charakteryzują się próbki o nominalnych składach (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )- (Nb 0,9 Ta 0,1 )O 3 i (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )(Nb 0,86 Ta 0,1 Sb 0,04 )O 3 spiekane w temperaturze T S = 1130 C. Na Rys. 5 przedstawiono mikrostrukturalne obrazy SEM i widma analizy EDS ceramiki (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )- (Nb 0,9-x Ta 0,1 Sb x )O 3 spiekanej w temperaturze T S = 1130 C. Mikrostruktura ceramiki (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 ) ( N b 0,9-x Ta 0,1 Sb x )O 3 charakteryzuje się obecnością obszarów dobrze zagęszczonych i o dużej porowatości. Te ostatnie są dosyć dobrze upakowane prostopadłościennym ziarnami o średnim rozmiarze wynoszącym ok. 5 μm. Domieszkowanie ceramiki KNLNT antymonem wydaje się zmniejszać ten rozmiar i korzystnie wpływać na jednorodność mikrostruktury. Analiza EDS potwierdziła jakościowy skład chemiczny wytworzonej ceramiki KNLNTSb. 4. Podsumowanie Metodą reakcji syntezy w fazie stałej w T = 900 C wytworzono proszki o nominalnych składach: (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )- (Nb 0,9 Ta 0,1 )O 3, (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )(Nb 0,88 Ta 0,1 Sb 0,02 )O 3, (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )(Nb 0,87 Ta 0,1 Sb 0,03 )O 3, (K 0,44 Na 0,52 Li 0,04 )- (Nb 0,86 Ta 0,1 Sb 0,04 )O 3. Proszki te zagęszczano metodą spiekania swobodnego w temperaturze T S1 =1110 C, T S2 = 1130 C i T S3 = 1150 C przez czas t = 3 godz. Próbki KNLNTSb spiekane w temperaturze T S = 1130 C charakteryzowały się najwyższą gęstością oraz najniższą nasiąkliwością i porowatością. Domieszka antymonu wpływa na spiekalność materiału, obniżając porowatość otwartą, i zmniejsza rozmiar ziarna, co w efekcie sprzyja poprawie jednorodności mikrostruktury spieków. Analiza EDS potwierdziła jakościowy skład chemiczny wytworzonej ceramiki. Literatura [1] Zuo, R., Rödel, J.: Sintering and electrical properties of leadfree Na 0.5 K 0.5 NbO 3 piezoelectric ceramics, J. Am. Ceram. Soc., 89, 6, (2006), 2010 2015. [2] Wang, K., Li, J. F.: (K, Na)NbO 3 -based lead-free piezoceramics: Phase transition,sintering and property enhancement, J. Adv. Ceram., 1, 1, (2012), 24 37. [3] Hungría, T., Galy, J., Alicia Castro, J. G.: Spark plasma sintering as a useful technique to the nanostructuration of piezo-ferroelectric materials, Adv. Eng. Mater., 11, 8, (2009), 615 631. [4] Wang, K., Zhang, B. P., Li, J. F., Hang, L. M.: Lead-free Na 0.5 K 0.5 NbO 3 piezoelectric ceramics fabricated by spark plasma sintering: Annealing effect on electrical properties, J. Electroceram., 21, (2008), 251 254. [5] Malič, B., Koruza, J., Hreščak, J., Bernard, J., Wang, K., Fisher, J. G., Benčan, A.: Sintering of lead-free piezoelectric sodium potassium niobate ceramics, Materials (Basel), 8, (2015), 8117 8146. [6] [6] Wongsaenmai, S., Ananta, S., Yimnirun, R.: Effect of Li addition on phase formation behavior and electrical properties of (K 0.5 Na 0.5 )NbO 3 lead free ceramics, Ceram. Int., 38, (2012), 147 152. [7] Zhen, Y., Li, J. F.: Normal sintering of (K,Na)NbO 3 -based ceramics: influence of sintering temperature on densification, microstructure, and electrical properties, J. Am. Ceram. Soc., 89 (12), (2006), 3669 3675. [8] Bagdzevicius, S., Grigalaitis, R., Banys, J., Sternberg, A., Bormanis, K.: Dielectric investigation of sodium potassium niobate ceramic doped 7% of antimony, Solid State Ionics, 225, (2012), 667 671. [9] Suchanicz, J., Finder, A., Smeltere, I., Konieczny, K., Jankowska-Sumara, I., Garbarz-Glos, B., Sokołowski, M., Bujakiewicz-Korońska, R., Pytel, K., Antonova, M., Sternberg, A.: Dielectric properties of Na 0.5 K 0.5 (Nb 1-x Sb x )O 3 +MnO 2 ceramics (x = 0.04, 0.05 and 0.06), Integrated Ferroelectrics, 123, (2011), 102 107. Otrzymano 16 września 2017, zaakceptowano 29 listopada 2017. MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 69, 4, (2017) 363