[发明专利]一种制备钨青铜结构SCNN无铅压电陶瓷的方法

说明书

本发明公开了一种制备钨青铜结构SCNN无铅压电陶瓷的方法，属于电子陶瓷材料技术领域。所述SCNN无铅压电陶瓷的组成通式为：Sr_2‑xCa_xNaNb₅O₁₅，其中：x为摩尔分数；该无铅压电陶瓷采用固相合成法制备，制备过程中控制其组成通式中x的范围为0.14‑0.155，当x＝0.14‑0.155时，随烧结温度的升高所制备压电陶瓷的压电性呈现出先下降、再升高、再下降的规律；同时，该压电陶瓷的密度、晶胞大小和介电性质也呈现该规律。

技术领域

本发明涉及电子陶瓷材料技术领域，具体涉及一种制备钨青铜结构SCNN无铅压电陶瓷的方法。

背景技术

随着时代的进步，压电陶瓷的应用范围越来越广泛。与传统磁生电的方式不同，压电陶瓷是一种力生电的新途径，其在机械、电子、通讯、精密控制、军事等领域，尤其是在信息的检测、转化、处理和储存等信息技术领域起着极其重要的作用。然而，目前市场上绝大部分的压电材料是含铅压电陶瓷，由于铅对人体和环境具有危害性，发展具有自主知识产权的无铅压电材料替代传统铅基压电陶瓷(PZT)成为我国材料研究者一项紧迫且具有重大实用意义的课题。

Sr_2-xCa_xNaNb₅O₁₅(简称SCNN)压电陶瓷因其具有较高的压电系数d₃₃和较高的居里温度备受关注，是很有应用潜力的一类压电陶瓷。但传统固相法制备的SCNN压电陶瓷在SCNN在参数配比上研究力度不足，配比参数对于压电陶瓷性能的影响尚不明晰，本发明针对参数配比进行研究和工艺改进，以期提出新的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备钨青铜结构SCNN无铅压电陶瓷的方法，通过控制SCNN压电陶瓷配比系数在x＝0.14到x＝0.155的区间范围内，随着烧结温度的增高，SCNN压电陶瓷表现出“先下降，再上升，最后下降”的规律，而且这一规律不仅体现在其压电性质上，在密度、晶胞大小和介电性质方面也有所体现。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

所述SCNN无铅压电陶瓷的组成通式为：Sr_2-xCa_xNaNb₅O₁₅，其中：x为摩尔分数；该无铅压电陶瓷采用固相合成法制备，制备过程中控制其组成通式中x的范围为0.14-0.155。

所述SCNN无铅压电陶瓷制备过程中，当x＝0.14-0.155，随烧结温度的升高所制备压电陶瓷的压电性能呈现出先下降、再升高、再下降的规律；同时，该压电陶瓷的密度、晶胞大小和介电性质也呈现该规律。当x＝0.145时，各项综合性能最佳。

本发明采用固相合成法制备钨青铜结构SCNN无铅压电陶瓷，该方法具体包括如下步骤：

(1)配料：以分析纯的SrCO₃(99.5％)、CaCO₃(99％)、Nb₂O₅(99.5％)和Na₂CO₃(99.8％)为原料，按照所述无铅压电陶瓷的组成进行配料；

(2)一次球磨：将各原料均匀混合后放入含有玛瑙珠(ZrO₂)的球磨罐中，以无水乙醇为介质进行球磨，球磨后进行烘干处理；其中：球磨时间为12个小时，转速为225r/min；烘干处理温度为90℃，烘干至乙醇完全挥发(约6小时)；

(3)预烧：将烘干后的混合料放入Al₂O₃坩埚中，利用高温烧结炉在1150℃预烧12h；

(4)二次球磨：将预烧完毕的原料倒入含有玛瑙珠(ZrO₂)的球磨罐中，重复步骤(2)球磨和烘干过程；