[发明专利]一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铌酸钾基无铅压电陶瓷及其制备方法，所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的化学计量比为：(1‑x)K_0.48Na_0.52NbO₃‑x(NaSbO₃+(Bi_0.45Sm_0.05)Li_0.5ZrO₃)，其中x=0，0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，0.06。制备方法是将 K₂CO₃，Na₂CO₃，Li₂CO₃，Nb₂O₅，Sb₂O₅，Bi₂O₃，Sm₂O₃，ZrO₂，这几种原料按照化学计量比称量好，进行配料，经过球磨、烘干后在870℃预烧6h得到预烧粉，再经过二次球磨、烘干、造粒、压片、排胶后，在1080‑1120℃下烧结，最后经过被银和极化操作后，制得较高压电常数的陶瓷片。本发明通过将 (NaSbO₃+(Bi_0.45Sm_0.05)Li_0.5ZrO₃)掺杂在KNN基无铅压电陶瓷中，并对烧结工艺进行改进，提高了该压电陶瓷电学性能，其介电常数ε_r=2000，居里温度T_C=267℃，压电常数d₃₃=340pC/N。

技术领域

本发明涉及一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法，属于新型无铅基功能陶瓷领域。

背景技术

压电陶瓷是一种重要的功能陶瓷，可以用于实现将机械能与电能之间的相互转化，广泛应用于传感器，换能器，驱动器，变压器等领域。但是目前市场大规模使用的依旧是锆钛酸铅基（PZT）压电陶瓷。众所周知，含铅物具有毒性，在使用和处理过程中对人体和环境都会造成危害及污染。因此，研究和应用无铅的、环境友好且性能良好的压电陶瓷是很有价值和意义的。铌酸钾钠 (K，Na)NbO₃基无铅压电陶瓷（简称KNN）因具有较高的居里温度和优异的介电、压电性能，受到人们的广泛关注，被认为是公认的最有可能取代铅基压电陶瓷的材料之一。然而，KNN陶瓷的制备工艺差，烧结温度较窄，碱金属元素K⁺、Na⁺在高温下极易挥发，采用传统制备工艺难以获得综合性能优良的无铅压电陶瓷。专利CN107857590 A采用的也是传统固相烧结技术，其特征在于掺杂Fe²⁺离子以提高KNN基压电陶瓷的电致应变以及逆压电系数，既可以降低陶瓷的烧结温度，又可以大幅提高基体陶瓷的应变性能，但是此方法得到的样品d₃₃约为39~87pC/N。专利CN1810711A提出一种埋粉烧结方法，其特征是烧结时将陶瓷生坯埋在相同组分的粉体中，以防止K⁺、Na⁺的挥发，此法取得一定效果，但d₃₃也仅有120 pC/N。专利CN1702055A采用织构化的方法制备无铅压电陶瓷，d₃₃为123 pC/N，其制备工艺复杂，不适合大规模工业生产。