[发明专利]铌酸钾钠基无铅压电陶瓷薄片的制备方法及在蜂鸣器中的应用

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及到用于压电器件及电致伸缩器件。 

背景技术

压电陶瓷蜂鸣器是利用压电效应将电能转化为声能的电声器件。与机械式蜂鸣器和电磁型蜂鸣器相比，压电陶瓷蜂鸣器具有无噪音、可靠性好、能耗低、发音清晰、抗电磁干扰能力强、使用寿命长、体积小、重量轻等优点，目前已被广泛应用于工农业生产和人们日常生活的各类电声发声器件，如通信产品、工业仪器、报警器、电子玩具和家用电器等。压电蜂鸣器是由压电蜂鸣片和一个有放音孔的空腔组成。其中，由压电陶瓷片和金属片粘合而成的压电蜂鸣片是压电蜂鸣器的核心部分。因此，压电材料的性能显得尤为重要，比如当发声元件的频率一定时，总希望发声元件的发出声音越高越好，便于激励，就要求材料的平面机电耦合系数k_p和自由介电相对常数ε₃₃^T尽可能大。 

目前广泛使用的压电陶瓷蜂鸣器都是采用有铅的Pb(Zr，Ti)O₃基为主的多晶材料制造的。其中PbO(或Pb₃O₄)约占原料总重量的70％，这类陶瓷材料在生产、使用以及废弃处理过程中都会给人类和生态环境造成严重损害。随着人们环保意识的提高和社会可持续发展战略的实施，一些国家和国际组织已经或正在酝酿立法禁止使用含铅的电子产品。如欧盟制定了WEEE和RoHS指令已经全面实施，我国信息产业部也出台了“电子信息产品污染防治管理办法”等法规。因此，必须采用无铅的压电陶瓷材料来替代压电蜂鸣器中所用的传统的Pb(Zr，Ti)O₃基压电陶瓷材料，减小对环境的污染。在材料技术和器件技术领域，研制高性能的无铅压电陶瓷材料并制备可实用化的无铅压电器件已成为当前迫切需要解决的技术问题。 

碱金属铌酸盐(K，Na)NbO₃基无铅压电陶瓷材料，因其具有较高的居里温度和压电性能，被认为是最有前途取代Pb(Zr，Ti)O₃基的材料之一。目前，各国学者对无铅压电陶瓷在传统固相法制备、结构和改性等方面都做了大量的研究，并获得了一系列具有优良性能的材料体系。但是，对无铅压电陶瓷材料在器件上的应用研究还比较少，如何开拓其在器件上的应用就显得尤为重要。此外，传统固相法只实用于制备块状材料，无法制备薄片状的压电陶瓷部件。发明人所在的课题组通过研究发现用通式表示(K_0.44Na_0.52Li_0.04)(Nb_0.80Ta_0.20)O₃的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，具有优良的压电和介电性能，显示出了较好的应用前景。 

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于克服上述压电陶瓷制备方法的缺点，提供一种工艺稳定、适应于批量生产、有利于制备的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷薄片的制备方法。 

本发明所要解决的另一个技术问题在于为铌酸钾钠基无铅压电陶瓷薄片提供一种新用途。 

解决上述技术问题采用的技术方案是用通式(K_0.44Na_0.52Li_0.04)(Nb_0.80Ta_0.20)O₃表示的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷薄片的制备方法由下述步骤组成： 

1、原料预处理 

分别将通式(K_0.44Na_0.52Li_0.04)(Nb_0.80Ta_0.20)O₃所需的各原料放入培养皿，培养皿放入烘箱，在200℃下烘4小时，以除去原料中吸附的水分。 

2、混合原料 

将原料预处理工艺步骤1处理后的原料按通式(K_0.44Na_0.52Li_0.04)(Nb_0.80Ta_0.20)O₃的配比进行称量、配料，分别使用无水乙醇为介质，用行星球磨机进行湿磨，400转/分球磨24小时，放入烘箱内，在80℃下烘干，用玛瑙研钵磨碎，过100目筛，制成干粉。 

3、预烧