[发明专利]铌酸钠钛酸铋锂系无铅压电陶瓷组合物

说明书

技术领域

本发明属于钙钛矿结构压电陶瓷领域，涉及一种新型的多元系铌酸盐无铅压电陶瓷组合物，特别是涉及一种铌酸钠钛酸铋锂系无铅压电陶瓷组合物。

背景技术

自二十世纪四十年代中期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陶瓷开发成功后，结构特征为ABO₃型的铅基钙钛矿压电陶瓷的研究开发非常活跃，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。以锆钛酸铅(Pb(Ti,Zr)O₃)为代表的铅基二元系和以锆钛酸铅(Pb(Ti,Zr)O₃)为基、添加第三组元[如以铌镁酸铅(Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃)、锑锰酸铅Pb(Mn_1/3Sb_2/3)O₃为代表]的铅基三元系压电陶瓷材料具有优良的压电铁电性能、高的居里温度。工业生产中应用的压电陶瓷绝大多数是该类钙钛矿铅基压电陶瓷。

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%。铅污染已成为人类公害之一。铅基压电陶瓷在生产、使用及废弃后处理过程中给人类及生态环境造成严重危害，不利于人类社会的可持续发展。近年来，开发不含铅的、性能优越的压电陶瓷体系受到世界各国特别是欧美、日本、韩国以及中国的日益重视。

目前广泛研究的无铅压电陶瓷体系有四类：铋层状结构无铅压电陶瓷、BaTiO₃基无铅压电陶瓷、Bi_0.5Na_0.5TiO₃基无铅压电陶瓷及K_0.5Na_0.5NbO₃碱金属铌酸盐系无铅压电陶瓷。铋层状结构无铅压电陶瓷居里温度高，各向异性大，但压电活性极低；BaTiO₃基压电陶瓷居里温度仅为120℃，室温附近存在铁电四方-铁电正交相界，电学性能的温度稳定性较差；Bi_0.5Na_0.5TiO₃基无铅压电陶瓷具有压电性较强且易于改性提高压电性能的特点，但在210℃附近的第二相变致使退极化温度低于210℃，改性提高压电性能的同时往往伴随退极化温度的严重降低；K_0.5Na_0.5NbO₃碱金属铌酸盐系无铅压电陶瓷通过引入ABO₃型化合物或相似离子取代改性使铁电四方-铁电正交相变移向室温而提高压电性能，但室温铁电四方-铁电正交两相共存使电学性能的温度稳定性较差。

  铌酸钠NaNbO₃是正交结构钙钛矿反铁电体，被认为是最复杂的钙钛矿结构材料。随着温度的降低，依次发生顺电相-反铁电相-铁电相等六个结构相变(Phys. Rev. B, 76, 024110-1-8(2007))。在NaNbO₃中引入ABO₃型化合物，可以形成NaNbO₃-CaTiO₃(Phys. Rev. B 77, 052104 (2008)), NaNbO₃-SrTiO₃(Chem. Mater., 17, 1880-1886 (2005)), NaNbO₃-BaSnO₃(Solid State Sci. 6, 333-337  (2004)), NaNbO₃-CaSnO₃(J. Alloys Compd., 465, 222-226 (2008))等NaNbO₃基体系，这些体系具有显著的弛豫特征而作为介电材料被深入研究，但不显示出压电性能。此外，在NaNbO₃中引入铌酸盐铁电体如KNbO₃(J. Am.Ceram. Soc., 82, 797–818 (1999))、LiNbO₃(J. Appl. Phys., 48, 3014-3017 (1977))，可以得到压电体。除此之外，相对于上述四类无铅压电陶瓷，关于NaNbO₃基无铅铁电压电陶瓷材料的研究极少。

发明内容