초록

본 연구에서는 우수한 유전 및 압전 특성을 갖는 비납계 압전 세라믹스를 개발하기 위해서 0.985LNKNTS + 0.015KNbO3 조성에 MnO2를 첨가하여 첨가량에 따른 세라믹스의 상 구조, 미세구조와 압전 및 유전 특성을 조사한 결과, MnO2의 첨가량이 증가함에 따라 상 구조는 사방정-정방정 (orthorhombic-tetragonal)상이 공존하는 MPB에서 사방정 (orthorhombic)상으로 상전이가 일어나는 것을 확인하였으며, 이 결과는 MnO2가 액상을 형성하는 것 외에 일부가 B-site로 치환되면서 결정구조에 영향을 미친 것으로 사료된다. MnO2의 첨가량이 x=0.01일 때, 0.985LNKNTS + 0.015KNbO3 세라믹스의 압전상수 (d33), 전기기계결합계수 (kP), 기계적 품질계수 (Qm), 유전상수는 각각 238 pC/N, 48%, 121, 849으로 최적의 특성을 나타내었다.

Abstract

MnO2-doped 0.985[Li0.04(Na0.545K0.46)0.96(Nb0.81Ta0.15Sb0.04)]O3+0.015KNbO3(0.985LNKNTS+0.015KNbO3)lead-free ceramics were fabricated by conventional solid state method to develop excellent dielectric andpiezoelectric properties. The result of X-ray diffraction patterns obviously indicated that all of thespecimen has pure perovskite structure without secondary phase. In addition, orthorhombic phase andcoexistance region of orthorhombic-tetragonal phase (MPB) were observed with amount of MnO2. Theoptimal values of ρ=4.70 g/cm3, d33=238 pC/N, kP=0.46, Qm=121, εr=849, and TC=225℃ were obtained at0.01 mol% MnO2 doped 0.985LNKNTS+0.015KNbO3 ceramics sintered at 990℃ for 5 h, respectively. Hence, it was indicated that the suitable amount of MnO2 could improve the electrical properties of0.985[Li0.04(Na0.545K0.46)0.96](Nb0.81Ta0.15Sb0.04)]O3+0.015KNbO3 ceramics.

• Keywords: Lead-free ceramics, MnO2, Piezoelectric properties, MPB