[发明专利]一种铌酸锂钠基无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公布了一种铌酸锂钠基无铅压电陶瓷及其制备方法，所述铌酸锂钠基无铅压电陶瓷由下列所示的化学通式所组成(1‑x)Li_αNa_1‑αNbO₃‑xBaTiO₃；在制备过程中，将Li₂CO₃、Na₂CO₃、Nb₂O₅、TiO₂、BaCO₃混合加入无水乙醇球磨，烘干得到混合粉料，将该粉料进行预烧结；对预烧结后的粉料进行二次球磨，然后冷压成型得到陶瓷粗坯；陶瓷粗坯在空气气氛中高温烧结得到陶瓷样品，最后对样品进行极化处理得到铌酸锂钠基无铅压电陶瓷。本发明制备的铌酸锂钠基无铅压电陶瓷不仅具有高压电系数、高介电常数和高机电耦合系数的特点，同时还具有原料易于获得、成分简单不含剧毒元素铅、减少环境负担的优点；且制备工艺简单，耗时短。本发明具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及功能陶瓷材料领域，尤其涉及一种铌酸锂钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

压电材料由于具有转换机械能和电能的能力，被广泛应用于工业自动化、医疗保健、能量收集等领域，应用包括压电传感器、超声换能器、压电驱动器等。目前，锆酸钛酸铅(PZT)基压电陶瓷具有出色的压电性能和出色的稳定性，已在电子设备中得到广泛应用，并在市场上占据了主导地位数十年。但是，基于PZT的材料中铅的毒性会对人体健康和生态系统产生负面影响，世界各国，如中国、欧盟、日本等均出台相关法律法规限制铅在电子工业产品中的应用。因此，研究环境友好、性能优异的高性能无铅压电陶瓷材料是一项具有重大社会和经济价值的课题。

2004年Kimura等人报道的通过退火处理铌酸锂钠基无铅压电陶瓷，机械品质因数Qm高达3000，可以与PZT基压电陶瓷相媲美。这种特性的发现也使得铌酸锂钠基无铅压电陶瓷受到一定的重视，在大功率压电器件应用上具有相当的竞争力。然而对于压电材料而言，压电系数d33同样重要，但铌酸锂钠基无铅压电陶瓷在这一方面与PZT基无铅压电陶瓷差距较大。这一点也严重的影响了铌酸锂钠基无铅压电陶瓷的实用化进程。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种铌酸锂钠基无铅压电陶瓷及其制备方法，本发明的铌酸锂钠基无铅压电陶瓷具有优异的压电、介电性能，同时具有原料易于获得、成分简单和环境友好的优点。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种铌酸锂钠基无铅压电陶瓷，由下列通式所示的化学组成：

(1-x)Li_αNa_1-αNbO₃-xBaTiO₃，其中，α表示锂元素所占铌酸锂钠组分中的原子百分比且0.04≤α≤0.20，x表示BaTiO₃所占铌酸锂钠基无铅压电陶瓷的原子百分比且0≤x≤0.30。

根据本发明的另一面，提出一种铌酸锂钠基无铅压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

S1：将原料按化学式(1-x)Li_αNa_1-αNbO₃-xBaTiO₃的配比进行称量、混合，加入无水乙醇作为介质，进行球磨8～24h，以得到混合粉料；

S2：将所述混合粉料在空气气氛中900～1100℃的温度下进行预烧结4h；

S3：向所述经过预烧结的粉料中加入无水乙醇作为介质，进行二次球磨，球磨时间为8～24h；

S4：将所述二次球磨后的粉料进行冷压成型，得到陶瓷粗坯；

S5：将所述陶瓷粗坯在空气气氛中1150～1300℃的温度下进行烧结1～6h，得到陶瓷样品；