[发明专利]铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能陶瓷材料技术领域。具体而言，本发明涉及铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。 

背景技术

压电材料由于具有正、逆压电效应而可实现机械能与电能的相互转换，因此作为一种重要的功能材料被广泛应用于驱动器、传感器等高新技术领域。目前，锆钛酸铅基压电陶瓷因其性能的优越性而成为应用最广泛的压电材料，但是该体系材料中含有大量有毒的铅，在生产、使用及废弃处理过程中均会给人类健康和生态环境带来严重的危害。因此，研发性能优异的无铅压电陶瓷材料成为一项紧迫且具有重大实用意义的课题。 

2004年，日本的Saito等人在Nature杂志上报道了利用织构方法制备的经掺杂改性的铌酸钾钠基压电陶瓷，其压电系数d₃₃达416pC/N，可以与含铅压电陶瓷相媲美。该里程碑式的重大突破掀起了研究铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的热潮，并使得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷被认为是最具潜力替代含铅压电陶瓷的体系之一。目前，大部分关于铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的研究仍专注于通过掺杂改性在室温附近形成多晶型相变区以提高其压电性能。但是，由于多晶型相变区的存在，使得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷压电性能的温度稳定性很差。例如，对LiSbO₃掺杂的铌酸钾钠无铅压电陶瓷，其反向压电系数d₃₃*在室温下为355pm/V，而当温度升高至50℃时急剧下降至250pm/V，降幅达30%。压电性能对温度如此强烈的敏感性使铌酸钾钠基无铅压电陶瓷难以实现实用化。因此，提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷压电性能的温度稳定性成为具有重要生产实践意义的问题。 

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。 

在本发明的一个方面，本发明提出了一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。根据本发明的具体实施例，该铌酸钾钠基无铅压电陶瓷具有下列通式所示的化学组成(ABO₃)_1-x（CaZrO₃）_x（MnO₂）_y，其中，A为选自Na、K和Li的至少之一，B为选自Nb和Ta的至少之一，x表示CaZrO₃占所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的原子百分比，y为MnO₂占所述铌酸钾钠基 无铅压电陶瓷的质量百分比，并且0.03≤x≤0.07，0≤y≤0.04。由此可以进一步提高压电性能的温度稳定性。 

另外，根据本发明上述实施例的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷还可以具有如下附加的技术特征：