[发明专利]高耐压铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及无铅压电陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种高耐压铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，及其制备方法和用途。

背景技术

压电陶瓷是一种用途广泛的功能材料，被广泛应用于制作超声换能器、压电变压器、滤波器和压电蜂鸣器等器件，在国民经济、现代科学技术、现代国防中举足轻重。传统的铁电压电陶瓷材料，主要是以Pb(Zr，Ti)O₃(简称PZT)为基的二元系、三元系陶瓷，具有一系列优异的性能，但PZT基材料均含有大量的铅，其中PbO(或Pb₃O₄)的含量约占原料总质量的70％，这类材料在制备、使用及废弃处理过程中都会散播有毒物质，这有违于人类发展和环境保护的要求。

随着全球对环保问题的重视，寻找能够替代PZT的无铅压电陶瓷材料成为电子材料领域的紧迫任务之一。一些国家和国际组织已经或正在酝酿禁止使用含铅的电子产品，如欧盟制定的“报废电子电气设备指令(WEEE)”和“电子电气设备中限制使用某些有害物质指令(RoHS)”已于2006年7月1日生效。我国的信息产业部也出台了“电子信息产品污染防治管理办法”，于2006年7月1日起实施，又从2007年3月1日开始直接以法规的形式对电子产品中含铅作了限制。随着人们对环保问题的重视，研发无铅的环境协调性压电材料，已成为一项紧迫且具有重大实用意义的课题。

在压电材料无铅化的研究与开发上世界各国均进行了不少工作，并取得了阶段性的进展。从组成成分来看，无铅压电陶瓷主要有钛酸钡(BaTiO₃)基、钛酸铋钠(Bi_0.5Na_0.5TiO₃，简称BNT)基、铌酸盐系、铋层状结构等无铅压电陶瓷。在无铅压电陶瓷材料体系中，(Na_0.5K_0.5)NbO₃(简写为NKN)是目前被公认的最有发展前途的材料，它有较高的压电性和铁电性。尤其Y.Saito等人报道了采用Li⁺和Ta⁵⁺、Sb⁵⁺同时对NKN的A位和B位进行部分取代，d₃₃可达300pC/N(Y.Saito，et al.，Lead free piezoceramics，Nature，2004，(432)：84-87.)，使得铌酸盐无铅压电陶瓷成为最有望取代铅基压电陶瓷的材料之一。但是NKN陶瓷最大的缺点是烧结性能差，用传统陶瓷烧结工艺很难制备出致密的NKN陶瓷。因此，通过调整配方设计和掺杂改性等方式来改善NKN陶瓷的烧结特性和电性能，实现用传统烧结工艺制备出高性能的NKN系列陶瓷是目前研究的主要方向。目前对于铌酸盐体系的研究多限于将其作为压电铁电材料并以不断提高其压电铁电性能为目标，而没有关于其耐压特性的报道。

高压陶瓷电容器是指应用于高电压系统的瓷介质电容器，试验电压超过6.3kV/mm的陶瓷电容器被称为高压陶瓷电容器，它具有小型化、高耐压和频率特性好等特点，是高压电子产品中不可缺少的电子元件。目前高压陶瓷电容器材料主要为钛酸锶钡(Ba_1-xSr_xTiO₃，简称BST)基材料，击穿场强在6～14kV/mm。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，具有高耐压特性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其特征在于：其化学式为：

[(Na_0.5+xK_0.5-x)_0.94Li_0.06][(Nb_0.94Sb_0.06)_0.95Ta_0.05]O₃+ymol％TM+zmol％RE

其中：TM为MnO₂、Fe₂O₃或Ni₂O₃；RE为CeO₂或Nd₂O₃；

x值为0或0.01～0.11；y值为0.02～0.12；z值为0～0.05。

优选的，该陶瓷中的Na/K比为57∶43。

优选的，x＝0.07；y＝0.08；z＝0。