[发明专利]一种铌酸钾钠基陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铌酸钾钠基陶瓷材料及其制备方法，所述铌酸钾钠基陶瓷材料的化学通式为(1‑x)(Na_0.52K_0.48)NbO₃‑x(Ba_0.99Ca_0.01)(Ti_0.98Zr_0.02)O₃，其中x＝0.5～2%。本发明的铌酸钾钠基陶瓷材料采用工业原料获得，组分简单，具有高压电性能、优异抗潮解特性和高居里温度，长期工作在高温高湿等恶劣的环境下，可靠性高，所述陶瓷材料经一步烧结制成，制备工艺简单且周期短，陶瓷材料的压电常数d₃₃值可达185pC/N，机电耦合系数可达44%，居里温度高达391°C。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种高电学性能、高居里温度、抗潮解的铌酸钾钠基陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能相互转换的功能陶瓷材料，广泛应用于机械、电子、通讯、精密控制、军事等领域，尤其在信息的检测、转化、处理和储存等技术领域起着极其重要的作用，是一类重要的、国际竞争极为激烈的高技术新材料。目前在压电陶瓷领域中，锆钛酸铅(简称PZT)基陶瓷是在基础研究和实用化方面都最为成功的压电陶瓷。但在PZT基陶瓷中PbO(或Pb₃O₄)的含量约占原料总质量的70％，这类陶瓷在生产、使用及废弃后处理过程中都会给人类和生态环境造成严重损害。近年来，为了保护地球和人类的生存空间，防止环境的污染，世界各国，如欧盟、美国和日本等先后立法，禁止或限制铅在电子工业中的应用。我国是压电材料元器件的生产和出口大国，每年生产陶瓷电容器800亿多只、压电陶瓷频率器件35亿多只、压电陶瓷电声器件7亿多只，这些电子元器件绝大部分是用含铅钙钛矿材料制备的。如果我们不及时加快研究无铅压电陶瓷的步伐、加大研究力度，一旦欧美及日本等发达国家立法限制含铅压电、铁电元器件进口，我国压电陶瓷元器件行业必将面临严峻挑战。因此，开发性能优良的无铅压电陶瓷己成为一项紧迫且具有重大社会和经济意义的课题，是直接关系到当代及今后相当长的一段时间内社会可持续发展的重大问题。

在众多无铅压电陶瓷体系中，铌酸钾钠(简称KNN)基陶瓷是目前最有望替代PZT陶瓷的无铅压电陶瓷。目前提高KNN基压电陶瓷压电性能的方法仍然是掺杂改性的方法，然而掺杂后的压电陶虽然压电性能得到极大改善，却往往居里温度较低，一般在100～300℃之间，较高的居里温度不利于陶瓷材料的高温应用，同时，KNN基压电陶瓷的抗潮解性能一般较差，在湿度较大的环境中放置一段时间后，陶瓷的性能参数降低明显。另外，由于陶瓷材料需要预合成，造成制备周期较长，因此寻找一种具有高压电性能、抗潮解性、高居里温度且制备周期短的陶瓷材料极具研究意义和应用价值，成为当务之急。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种铌酸钾钠基陶瓷材料及其制备方法，所述铌酸钾钠基陶瓷材料组分简单，具有高压电性能、抗潮解和高居里温度，长期工作在高温高湿等恶劣的环境下，可靠性高，所述陶瓷材料经一步烧结制成，制备工艺简单且周期短，在换能器、滤波器、谐振器等领域具有广泛的应用前景。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种铌酸钾钠基陶瓷材料，化学通式为(1-x)(Na_0.52K_0.48)NbO₃-x(Ba_0.99Ca_0.01)(Ti_0.98Zr_0.02)O₃，其中x＝0.5～2％，如0.5～1％、1～1.5％或1.5～2％。

本发明第二方面提供一种上述铌酸钾钠基陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：