[发明专利]一种低损耗铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于钙钛矿结构无铅压电陶瓷，具体是一种低损耗铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

自二十世纪四十年代发现钛酸钡陶瓷的压电性，特别是具有优异压电性能和高居里温度的锆钛酸铅Pb(Ti,Zr)O₃ (PZT)开发成功后，压电陶瓷及压电陶瓷器件已广泛地应用于工业特别是信息产业领域。但是，铅基压电陶瓷材料中，PbO或Pb₃O₄的含量约占原料总量的70%，而这些含铅器件在生产、使用及废弃后处理过程给人类及生态环境造成严重危害。近年来，欧美、日本、韩国等发达国家以及中国都相继出台了措施，限制或禁止含铅电子产品的生产，因而无铅压电陶瓷及器件开发的研究成为大家公认的热点。

K_0.5Na_0.5NbO₃是铁电体KNbO₃和反铁电体NaNbO₃固熔而形成的ABO₃型钙钛矿型铁电体，具有居里温度高、机电耦合系数大、声学速度高等优点，并且频率常数大，特别适用超声领域的应用。但其最大的缺点就是：K、Na的高温挥发，使传统工艺不能获得致密的高性能K_0.5Na_0.5NbO₃陶瓷体。专利CN1644562A公开了放电等离子体烧结法制备工艺，材料致密度提高，但所得的材料压电性能并不高；专利CN1810711A提出粉体埋烧的方法，其特点是采用相同成分粉体埋烧，防止钾钠的挥发，所制无铅压电陶瓷性能有所提高，d₃₃可达120pC/N。另外，近年来大家对铌酸钾钠基陶瓷进行了各种改性研究，例如助溶剂改性、掺杂改性、工艺改性等等，但所获材料的综合性能均不理想，主要缺点是：损耗较大，或居里温度过低，或成本过高，如Y.Saito et al.织构法制备了同铅基压电陶瓷媲美的KNN陶瓷，但工艺相当复杂，且生产成本很高，难于工业化生产。

以上无铅压电陶瓷体系或多或少存在一定的问题，离实际应用还有较大的距离。

发明内容

本发明的目的是提供一种介电损耗低、居里温度和致密度高、压电性能优异的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。

本发明目的通过下述方案来实现：

一种低损耗铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，是在K_0.5-xNa_0.5+xNbO₃-LiSbO₃中复合添加 Bi(Fe_tMn_1-t)O₃构成无铅压电陶瓷，可用通式（1-y-z）（K_0.5-xNa_0.5+x）NbO₃-yLiSbO₃-z Bi(Fe_tMn_1-t)O₃来表示，式中x用来调节K、Na因挥发而引起的原子比失衡，其中0＜x＜0.5,0＜y＜0.1,0＜z＜0.1，0＜t＜1。

上述低损耗铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，包括配料、湿磨、烘干、煅烧、二次球磨、造粒、成型、烧结、打磨、镀银、极化，烧结时以120℃/h的升温速率到600℃保温2h,再以120℃/h的升温速率到830℃保温1h，再以60℃/h升温到1050～1130℃保温1～9h烧结，之后随炉冷却至室温而成。

本发明所述的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷具有优良的性能，材料性能经测试，压电常d₃₃可达290pC/N以上，常温下测得介电损耗（tanθ）为1.6%，340℃以下介电损耗（tanθ）100kHz时低于2%，K_p可达52%以上，居里温度在340℃以上，可用于电声、超声波传感器，如倒车防撞超声波雷达等。

本发明提供的压电材料的优点是：致密性好，介电损耗低，压电性能优良，居里温度高，压电性能热稳定性好，制备工艺稳定，采用传统手段获得；烧结温度较低，约1050～1130℃。

具体实施方式

以下将通过实施例对本发明进行详细描述，这些实施例只是出于示例性说明的目的，而并非用于限定本发明。

实施例1：