[发明专利]一类铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类压电陶瓷粉体及其制备方法，特别是涉及一类铌酸钾钠(KNN)基无铅压电陶瓷粉体及其制备方法，属于压电材料领域。

背景技术

铌酸钾钠(KNN)基陶瓷是一类重要的无铅压电陶瓷，由于其具有高的居里温度、机电耦合系数大、压电常数大等优点，被认为是最有希望取代铅基压电陶瓷的候选材料。但此类陶瓷材料存在机械品质因数较小、介电损耗较大、烧结性能较差等缺点。目前，人们通过元素离子取代改性、添加烧结助剂以及改进制备工艺等手段，意图改善KNN基压电陶瓷的烧结性能，并提高KNN基压电陶瓷的压电常数、机电耦合系数、机械品质因数等。当前，绝大多数研究者是采用传统的陶瓷制备工艺进行实验研究，在传统的陶瓷制备工艺过程中，常使用无水乙醇和原料混合经球磨若干小时后经干燥、预烧等工序制备出压电陶瓷粉体。从工业化生产角度考虑，该方法易于实现大规模合成粉体，但该方法存在能耗高、粉体均一性差等缺点。

目前，随着国家可持续发展战略的实施，开发出性能好的无铅压电陶瓷粉体，及其低成本、低能耗、高效率的制备技术具有重大的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的在于弥补上述现有无铅压电陶瓷粉体及其制备方法存在的不足，提供一类各组分分布均一性好，粒径小、分布均匀，而且具有较高活性的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体，以及提供易于操作、费用低廉、能耗低、效率高的制备这类陶瓷粉体的方法。

实现本发明目的所采用的技术方案是：

一类铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体，它的化学通式如式(I)所示：

(K_1-u-vNa_uLi_vA_w)(Nb_1-n-wSb_nH_w)O₃或(K_1-u-vNa_uLi_vA_w)(Nb_1-n-wSb_nH_w)O₃+aM_αO_β  (I)

式(I)中，u、v、w、n分别表示相应的元素在该化学组成中所占的摩尔数，0.4≤u≤0.6，0≤v≤0.1，0≤w≤0.1，0≤n≤0.1，a为氧化物M_αO_β所占的摩尔百分比，0≤a≤0.1，α＝1，2或3，β＝1，2，3，4或5，A为Li、Na、K、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cu、Bi、La或Y中的一种或一种以上，H为Al、Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Zr、Mo、Tc、Sn、Pr、Pu、Th、Hf、Ge、Sb、Te、Ta或W中的一种或一种以上，M为Li、Na、K、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cu、Bi、La、Y、Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Zr、Mo、Tc、Sn、Pr、Pu、Th、Hf、Ge、Sb、Te、Ta、W中的一种或一种以上。该铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体的粒径不超过3μm。

上述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体的制备方法包括以下步骤：

(1)按上述通式(I)中的化学计量比，称取各元素相应的化合物作为原料，原料中含K、Na或Li的化合物为可溶性化合物，含Nb或Sb的化合物为不溶于水或难溶于水的化合物粉末，含A或H的化合物为可溶性化合物或者为不溶于水或难溶于水的化合物粉末，含M的化合物为可溶性含氧化合物或者为不溶于水或难溶于水的含氧化合物粉末；所述不溶于水或难溶于水的化合物粉末或者含氧化合物粉末的粒径不超过2微米；

(2)将步骤(1)所选原料中可溶性的原料溶解于水中，使之形成均一稳定的溶液，作为包覆相；

(3)将步骤(1)所选原料中不溶于水或难溶于水的原料作为被包覆相，与包覆相混合后振荡均匀，得到混合悬浮液；

(4)将混合悬浮液在搅拌条件下，送入喷雾干燥器中高速离心雾化，使包覆相包覆于被包覆相的颗粒表面，并在气流下于200～300℃干燥，经旋风分离器和袋式除尘器收集，制得至少含K、Na、Nb元素的混合物粉末；

(5)将上述混合物粉末在700～950℃下保温煅烧2～5小时，制得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体。