[发明专利]一类高机械品质因数铌酸钾钠锂基无铅压电陶瓷复合物

说明书

技术领域

本发明属于铌酸钾钠锂基无铅压电陶瓷材料领域，特别是涉及一种高机械品质因数的无铅压电陶瓷材料及其制备方法和用途。

背景技术

自从Jaffe于1958年发现锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷的高压电性能以来，PZT材料就成为一种广泛使用的压电铁电材料，并一直在商业应用上占据主导地位，但PZT陶瓷的铅含量高达60％以上，在生产、使用及废弃处理过程中都会给人类和生态环境造成污染(E.Hollenstein，M.Davis，D.Damjanovic，N.Setter，Piezoelectric properties of Li-andTa-modified(K_0.5Na_0.5)NbO₃ceramics[J].Appl.Phys.Lett.2005，87：182905.)。因此，随着人类社会可持续发展的要求以及一些发达国家有关电子产品无铅化法规的全面实施，寻找能够代替PZT的无铅压电材料成为电子材料领域的紧迫任务之一。其中，钙钛矿结构铌酸盐(K，Na)NbO₃(KNN)无铅压电陶瓷，以其相对优越的压电性能和较高居里温度被认为是一种很有前途取代PZT的压电材料(H.Birol，D.Damjanovic，N.Setter，Preparationand characterization of(K_0.5Na_0.5)NbO₃ceramics[J].J.Eur.Ceram.Soc.2006，26：861-866.)。

由于碱金属高温下易挥发，因而采用常规固相法难以制备出致密的KNN陶瓷，严重影响材料的性能。新型制备技术如热压、放电等离子体等烧结方法虽然能制备出致密的且性能优良的陶瓷体，但与传统烧结工艺相比，这些新工艺因成本高、工艺复杂而很难实现大规模的工业生产。因此，近些年来，掺杂改性成为改善KNN陶瓷烧结性能和压电性能的主要途径。文献报道了许多压电性能优越的KNN基陶瓷，在众多掺杂改性的KNN新体系中，(K_0.5Na_0.5)NbO₃-LiNbO₃体系陶瓷具有高的致密化程度，卓越的压电性能和较高的居里温度(Yiping Guo，Ken-ichi Kakimoto，Hitoshi Ohsato.Phase transitional behavior andpiezoelectric properties of Na_0.5K_0.5NbO₃-LiNbO₃ceramics[J].Appl.Phys.Lett.2004，85：4121-4123.)，是很有发展潜力的一类无铅压电陶瓷，但其低的机械品质因素值(＜120)(H.L.Du，F.S.Tang，D.J.Liu，D.M.Zhu，et al.The microstructure and ferroelectric properties of(K_0.5Na_0.5)NbO₃-LiNbO₃lead-free piezoelectric ceramics[J].Mater.Sci.Eng.B 2007，136，165-169)和较差的温度稳定性(E.Hollenstein，D.Damjanovic，N.Setter，Temperaturestability of the piezoelectric properties of Li-modified KNN ceramics[J].J.Eur.Ceram.Soc.2007，27：4093-4097)限制了(K_0.5Na_0.5)NbO₃-LiNbO₃体系陶瓷在实际生产中获得较为广泛的应用。