[发明专利]一种氮、铌酸钾双掺杂无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种氮、铌酸钾双掺杂无铅压电陶瓷及其制备方法，所述压电陶瓷经过球磨煅烧合成,(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃‑BaTiO₃合成原料为：Bi₂O₃、Ba₂CO₃、Na₂CO₃、TiO₂，KNbO₃合成原料为：K₂CO₃、Nb₂O₅，氮源为：CH₄N₂O、CH₄N₂S，通过调节铌酸钾、氮合成原料比例，将N、KNbO₃引入具有四方结构的(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃‑BaTiO₃中，利用结构相似性，保持热稳定的压电性能，促进BNT基组合物的铁电和压电性能，本发明所制备的双掺杂无铅压电陶瓷具有稳定的晶格结构和铁电有序有助于压电的出色热稳定性，为(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃‑BaTiO₃基压电陶瓷性能提升提供了一种新的解决办法。

技术领域

本发明属于压电陶瓷领域，具体涉及到一种具有高温稳定性的氮、铌酸钾双掺杂(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-BaTiO₃无铅压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷被广泛用作传感器和执行器，并成为现代电子应用中不可缺少的一部分。当前使用的商用铅基压电材料的毒性已经引发了人们的巨大努力，以寻求无铅替代品。无铅压电材料的主要类别包括K_0.5Na_0.5NbO₃(KNN)，BaTiO₃(BT)和(Bi_0.5Na0.5)TiO₃(BNT)等。因为它们具有稳定的抗振动速度的机械品质因数，所以基于BNT的固溶体表现出良好的压电性能、优异的重现性和较高的最高介电常数温度(Tm 300℃)，并显示出替代铅基Pb(Zr，Ti)O₃的广阔前景。然而，限制BNT-BT应用的关键因素是BNT本身存在热去极化作用，这导致宏观压电行为的消失，从而降低了热稳定性并限制了工作温度。因此，在提高BNT基陶瓷的压电常数(d33)的同时保持较高的介电常数(Td)是打开无铅压电陶瓷应用的一条有希望的途径。已经进行了包括化学掺杂和形成复合物的大量尝试以增强基于BNT的固溶体的Td。例如，ZnO夹杂物可以控制BNT基陶瓷的热去极化。此外，锰和钴的掺杂被认为有利于提高BNT基复合材料的热去极化温度。然而，尽管这些研究改善了热稳定性，但是压电常数(d33)并未改善。

四方形结构的KNbO₃(KN)是一种强铁电体，具有大的自发极化(Ps1/4₃0μC/cm²)和居里温度高(TC1/4＝434℃)。

目前通常将KN掺入纯相相界(MPB)周围的纯BNT或BNT-BT基成分中，然而，尽管明显改善了室温下的压电或介电响应，但它们与KN的明显晶格差异导致热去极化行为急剧下降。

发明内容

本发明的发明目的在于解决目前压电陶瓷电导率低、热稳定性低的问题，提供了一种具有高温稳定性的氮、铌酸钾双掺杂(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-BaTiO₃无铅压电陶瓷及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：