[发明专利]一种铌酸钾钠/钛酸铋钠复相无铅压电陶瓷的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能陶瓷领域，特别涉及一种铌酸钾钠/钛酸铋钠复相无铅压电陶瓷的放电等离子体生产方法。

背景技术

自从上个世纪五十年代发现锆钛酸铅Pb(Ti，Zr)O₃(PZT)压电陶瓷以来，实用的压电陶瓷的主要成分是PbO，铅含量高达60％以上，铅污染已成为人类公害之一，随着人们环保意识的增强和社会可持续发展的需求，研究新型环境友好的压电陶瓷已经成为必然趋势。目前研究的无铅压电陶瓷主要包括：铋层状结构无铅压电陶，钛酸钡BaTiO₃(BT)基无铅压电陶瓷，钛酸铋钠(Bi，Na)TiO₃(BNT)基无铅压电陶瓷和铌酸钾钠(K，Na)NbO₃(KNN)基无铅压电陶瓷，其中性能较好的是铌酸钾钠和钛酸铋钠，但以目前的压电性能，不具备PZT系水平，难以推广应用。以铌酸钾钠和钛酸铋钠组成复相陶瓷，以期在准同型相界附近获得较为优异的压电性能，同时采用放电等离子体快速烧结工艺改善铌酸钾钠/钛酸铋钠复相陶瓷的晶粒尺寸，获得亚微米级的细晶陶瓷，进一步改善压电性能。

经对现有技术的文献检索，未发现采用放电等离子体烧结工艺生产铌酸钾钠/钛酸铋钠复相无铅压电陶瓷的报导。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有无铅压电陶瓷的压电性能的不足，提供一种铌酸钾钠/钛酸铋钠复相无铅压电陶瓷的生产方法，利用该方法可以得到高性能的无铅压电陶瓷。

为了解决上述问题本发明的技术方案是这样的。

一种铌酸钾钠/钛酸铋钠复相无铅压电陶瓷的生产方法，包括以下步骤：

(1)原材料为铌酸钾、铌酸钠、碳酸钠、三氧化二铋和二氧化钛，五种原材料的加入比例(摩尔百分数)依次为：铌酸钾47～48％，铌酸钠47～48％，碳酸钠1～1.5％，三氧化二铋1～1.5％，二氧化钛4～6％。按上述比例称量，球磨混合，加入5％聚乙烯醇(又称PVA)造粒，在200Mpa压强下，在直径12mm的模具中干压成型，制成素坯。

(2)在500℃保温1小时条件下对素坯进行排粘，排粘后的样品装入放电等离子体设备中进行烧结，烧结温度1100℃～1150℃，保温15～30min；

(3)烧成后的样品经过打磨、抛光成直径10～11mm、厚度0.5mm的圆片，被银后在120℃的硅油中加电压3～4KV/mm极化30min。

(4)放置24h后测其性能。

所述原材料铌酸钾和铌酸钠，均为水热合成，纯度(重量百分比)均大于96％，碳酸钠、三氧化二铋和二氧化钛为化工原料，纯度(重量百分比)均大于98％。

由本发明所述的方法制得的铌酸钾钠/钛酸铋钠复相无铅压电陶瓷具有较优异的机电性能，该陶瓷有望取代锆钛酸铅系压电陶瓷，解决铅污染带来的环境负荷，具有良好的商业价值。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

五种原材料成份配入比例(摩尔百分数)为：铌酸钾47.5％，铌酸钠47.5％，碳酸钠1.25％，三氧化二铋1.25％，二氧化钛5％。球磨混合，加入5％聚乙烯醇(PVA)造粒，在200Mpa压强下，在直径12mm的模具中干压成型，制成素坯。500℃保温1小时条件下对素坯进行排粘，排粘后的样品装入放电等离子体设备中进行烧结，烧结温度1100℃，保温30min。

机电性能为：d₃₃＝270PC/N，k_P＝0.52，Qm＝460，ε₃₃^T/ε₀＝830，tanδ＝0.003。

陶瓷粒度0.7～0.9μm。

实施例2：

五种原材料成份配入比例(摩尔百分数)为：铌酸钾47％，铌酸钠47％，碳酸钠1.5％，三氧化二铋1.5％，二氧化钛6％。球磨混合，加入5％聚乙烯醇(PVA)造粒，在200Mpa压强下，在直径12mm的模具中干压成型，制成素坯。500℃保温1小时条件下对素坯进行排粘，排粘后的样品装入放电等离子体设备中进行烧结，烧结温度1150℃，保温10min。