[发明专利]一种高密度KNN-BNN压电陶瓷及其成型方法

说明书

本发明公开了一种高密度KNN‑BNN压电陶瓷及其成型方法，首先制备(1‑x)(K_0.5Na_0.5)NbO₃‑xBi(Ni_2/3Nb_1/3)O₃粉料，通过热压压片成型，在1150～1200℃下烧结成型，得到相对密度大于98.5%，压电常数120pC/N以上的铌酸钾钠基陶瓷，其具有良好的介电性能，相对介电常数为800‑1500。本发明工艺步骤简单，重复性好，易于操作。

技术领域

本发明属于无铅基压电材料领域，尤其涉及一种高密度KNN-BNN压电陶瓷及其成型方法。

背景技术

K_0.5Na_0.5NbO₃ (KNN)陶瓷是一种典型的无铅压电陶瓷。利用普通烧结方法制备的KNN陶瓷的压电性能较低，室温下的d₃₃值大约为75pC/N，与铅基压电陶瓷的压电性能相差甚远。纯的KNN通常具有低晶体对称性的正交晶相，并且很难通过传统方式制成高压电陶瓷。目前对于KNN-BNN陶瓷，利用传统压片方式很难获得致密度高、压电性能高的陶瓷样品。热压成型工艺可在温度与压力双重作用下，获得致密度高、压电性能高的KNN-BNN样品。进行KNN-BNN制粉，采用热压成型的压片方式，用传统马弗炉无压烧结工艺，形成(1-x)(K_0.5Na_0.5)NbO₃ -xBi(Ni_2/3Nb_1/3)O₃(KNN-BNN)基固溶体陶瓷，其具备较高压电性KNN基无铅陶瓷，且成本低廉，对环境无污染。

发明内容

为了替代铅基透明陶瓷，避免在制备铅基材料过程中产生铅氧化物带来的危害，本发明的目的在于提供一种通过热压成型方式，具有压电、介电等特性为一体，且无污染的无铅KNN-BNN陶瓷的制备方法。

为了实现上述的技术目的，本发明的技术方案为：

一种高密度KNN-BNN压电陶瓷的成型方法，包括以下步骤：

（1）配料：按化学组成通式 (K_0.5Na_0.5)NbO₃ 的质量比称取原料，然后混匀得到混合料；所述原料为Na₂CO₃，K₂CO₃和Nb₂O₅，且均为分析纯；

（2）球磨：在混合料中加入球磨介质并装入球磨罐中进行球磨8～14 h，球磨结束后，将混合料烘干，然后再将混合料放入研钵内进行研磨；

（3）预烧：将上述研磨后的混合料加入到坩埚内，经压实后，置于马弗炉中，升温至800～900℃并保温2～6 h进行预烧，然后再自然冷却至室温后将坩埚取出；

（4）二次球磨：往上述经过预烧的混合料中加入球磨介质后，再将其装入球磨罐中，进行球磨7～10 h，球磨结束后，将混合料烘干，然后再经筛网过筛后，即可制得粉体，其化学组成通式为 (K_0.5Na_0.5)NbO₃；

（5）配料：按化学组成通式Bi(Ni_2/3Nb_1/3)O₃的质量比称取原料，然后混匀得到混合料；所述原料为Bi₂O₃，NiO和Nb₂O₅，且均为分析纯；

（6）球磨：在混合料中加入球磨介质并装入球磨罐中进行球磨8～14 h，球磨结束后，将混合料烘干，然后再将混合料放入研钵内进行研磨；