[发明专利]一种无铅压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种压电陶瓷材料，尤其涉及一种无铅压电陶瓷材料，同时涉及一 种无铅压电陶瓷材料的制备方法。

二、背景技术

压电陶瓷材料是重要的功能材料，广泛应用于换能器，压电变压器，滤波器 和超声马达等领域。压电陶瓷作为重要的功能材料在电子材料领域占据相当大的 比重。近几年来，压电陶瓷在全球每年销售量按15％左右的速度增长。据资料统 计，2000年全球压电陶瓷产品销售额约达30亿美元以上。但是，传统的压电陶 瓷材料主要是铅基陶瓷，虽然其具有较好的压电特性，但铅对环境和人类健康都 有很大的危害，以PZT压电陶瓷为例，氧化铅占其原料含量的60％以上，在制 备，使用以及废弃后处理中都会对环境产生不利的影响。2001年欧洲议会通过 了关于“电器和电子设备中限制有害物质”的法令，并定于2006年实施。其中在 被限制使用的物质中就包括含铅的压电器件。由此可见含铅压电陶瓷的禁用是必 然趋势，因而不含铅的环境友好型无铅压电陶瓷材料成为研究的热点。

目前的无铅压电陶瓷材料主要有BaTiO₃基，Bi_1/2Na_1/2TiO₃(BNT)基，铌酸盐 系，铋层状结构无铅压电陶瓷等。其中Na_0 5K_0 5NbO₃(简称KNN)压电陶瓷材 料属于钙钛矿型结构，其居里温度约为415℃，室温下为斜方相，被视为替代传 统PZT压电陶瓷的候选材料之一，很长一段时间内国内外在这方而的研究多停 留在简单体系，材料的压电性能也不高。直到日本丰田中央研究所Saito Y等人 的研究中得到了d₃₃在416pC/N的铌酸盐系无铅压电陶瓷，这才又一次引起了 人们的注意。但是工艺太复杂，难以被应用。与PZT压电陶瓷相比，由于氧化钾 和氧化钠容易挥发，KNN的制备工艺性差，在正常大气压下烧结时，陶瓷的密 度只有理论密度的90％，结构疏松，性能不理想。

压电陶瓷粉体的合成主要有固相合成法，水热法，溶胶凝胶法等方法。固相 合成法是一种传统的粉体合成方法，将原料混合经高温固相反应后粉碎而得到粉 体。此方法具有成本低，技术简单等优点，但此方法难于使原料混合均匀，颗粒 粗而分散，对铌酸钾钠系列无铅压电陶瓷，此方法制备的粉体很难烧结。因此， 采用湿化学方法如水热法和溶胶凝胶法合成铌酸钾钠体系无铅压电陶瓷粉体越 来越受到重视。