[发明专利]一种次晶有序排列的铌酸盐无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种次晶有序排列的铌酸盐无铅压电陶瓷及其制备方法，属于 无铅压电陶瓷晶粒调控制备技术领域。

背景技术

根据有关文献调研表明，无源元件与有源器件(集成电路等半导体产品) 共同构成电路的核心部分，是各类电子信息产品的基础。在新型电子产品中， 集成电路和无源元件占全部电子元器件及零部件的生产总成本的46.1％和9.1％， 而在总安装成本中却分别占12.7％和55.1％，甚至某些片式元件的管理和安装成 本已经超过其价格。不难看出，无源电子元件已经成为制约整机进一步向小型 化、集成化发展的瓶颈。因此，以高性能压电陶瓷材料等为代表的核心材料关 键材料为突破口，以提升生产工艺技术为着眼点，将“材料研究-工艺开发-元 件生产”相结合，这将是发展的总体思路。(“我国无源电子元件及其关键材料研 究发展的若干战略思考”，电容器行业信息，2007年第1期)

因此，针对无源元件与有源器件及其集成向着微纳米尺度发展的小型化趋 势，功能陶瓷的发展必然要求具有高性能、低尺度的特征。作为一类可广泛地 应用于工业、民用产品和军事方面的电子元件及其组件制造业的重要的、不可 替代的、国际竞争极为激烈的高技术材料，铁电压电陶瓷及其器件受到了众人 的瞩目。当前，国内外对其研究主要集中于压电性能的提高，而在陶瓷低尺度 的发展方面却未受到应有的重视。

近几年，得益于世界各国对环境保护政策进行立法和执法的推动作用，无 铅压电陶瓷得到了迅速发展。作为其中代表，碱金属铌酸盐压电陶瓷系列因其 具有高性能而发展尤其迅猛，被认为是最重要的可望取代铅基压电陶瓷的候选 材料之一。已有的研究结果表明，对碱金属铌酸盐压电陶瓷进行A位、B位或 (A、B)位同时调控，可找到准同型相界(MPB)，进而得到具有最佳性能的陶瓷 配方。但是，几乎没有对钙钛矿铁电压电陶瓷晶粒进行低尺度调控并组装的文 献报道，而这是急需进行研究的关键技术之一。

加深对陶瓷晶粒生长的理解和认识，进而找到可有效控制陶瓷晶粒的工艺 方法是当前重要的研究课题，在微纳米器件的研究和生产中具有十分广泛的应 用前景。

发明内容

本发明以纳米级团聚态的预合成混合粉料作为前驱体，通过精确控制实验 工艺参数，使得陶瓷次晶粒短程有序化，并组装成方块状的晶粒团，各晶粒团 呈现显著的各向异性。这为三维空间微纳米尺度发展的小型化提供了可能性， 成功地解决了钙钛矿结构铁电压电陶瓷次晶粒的有序化难题。

本发明的目的之一在于提供一种次晶有序排列的铌酸盐无铅压电陶瓷的制 备方法，可通过如下的技术方案实现：

以Li₂CO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃、Nb₂O₅、Sb₂O₃和Ta₂O₅粉体为原料，按照化学 式为[K_0.44Na_(0.56-x)Li_x][Nb_(0.95-x)Sb_xTa_0.05]O₃(0≤x≤0.56)进行配料，湿法混合后经 球磨4-20小时，于100-200℃温度的干燥箱中干燥12-24小时，粉碎过50-250目筛 子，得到原料的混合粉末；

将所得混合粉末，经500-800℃之间的低温长时间4-10小时预合成后，合成 100-200纳米的混合粉末前驱体，其原理是低温时样品晶粒长大的驱动力小，从 而可以合成纳米级的粉体，由于纳米粉体的表面具有较高的活性，从而呈现出 团聚现象，团聚体的尺度为微米级；

将所合成的前驱体粉末中，添加占粉末料重8-25wt％的浓度为5wt％的聚乙 烯醇(PVA)粘合剂混合并预压后粉碎研磨过50-250目筛造粒，以100-300MPa 进行压片，于500-700℃排胶；此工艺使得纳米团聚体在粘合剂作用下，有了第 二次的团聚行为，即纳米团聚体再形成尺度为十几微米至几十微米的大团聚体；