[发明专利]一种KNN基无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及无铅压电陶瓷技术领域，具体涉及一种KNN基无铅压电陶瓷及其制备方法，KNN基无铅压电陶瓷包括以下组分：碳酸盐、五氧化二铌、镍锌铁氧体、高岭土；引入镍锌铁氧体及高岭土，与KNN基的钙钛矿结构有效互溶，形成一种稳定的化学物质，形成KNN‑NZF的三相化合物，可以提高压电性能及器件声压、KNN基无铅压电陶瓷的韧性、还能改善KNN基无铅压电陶瓷的烧结温度，提高了无铅压电陶瓷产品的合格率。

技术领域

本发明涉及无铅压电陶瓷技术领域，具体涉及一种KNN基无铅压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷作为一种重要的功能性陶瓷，常在在信息、电子、精密仪器和超声检测的技术领域具有广泛应用，在工业生产和人们的日常生活中发挥着至关重要的作用。

目前普遍使用的是锆钛酸铅(PZT)基的压电材料，在PZT压电材料中，铅(Pb)元素约占材料总重量的70％，这类陶瓷材料在生产、使用以及废弃处理过程中都会给人类健康和生态环境造成十分严重的损害。由于KNN(铌酸钾钠基)无铅压电陶瓷具有较强的压电性能，无铅压电陶瓷应用空间很大，但是其韧性差，目前对于KNN基无铅压电陶瓷的研究重点主要在传统工艺上的取代及掺杂改性上。比如二氧化硅作为一种助熔剂，能很好地改善KNN陶瓷的烧结特性，但会降低提高其压电性能，同时也引起陶瓷体矫顽场和介电损耗的增加；另一方面，居里温度高、铁电性强的BiFeO₃(BF)也被作为添加剂改性KNN陶瓷，但由于BF本身高的矫顽场以及Fe²⁺、Fe³⁺共存引起大的漏电流给改性后的KNN陶瓷的极化带来一定的困难。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种KNN基无铅压电陶瓷，使其实现可以提高KNN的压电性能及器件声压，并且提高KNN的无铅压电陶瓷的韧性，可以解决传统KNN无铅陶瓷的韧性差，大大提高无铅产品的合格率。

所述KNN基无铅压电陶瓷的化学通式为：(1-y)(K_0.45Na_0.55)NbO₃+y(Ni_xZn_1-xFe₂O₄)+zAl₂O₃·2SiO₂·2H₂O，其中，0.3≤x≤0.7，0.01≤y≤0.2，0≤Z≤0.05；x，y、z为摩尔百分比。

进一步，所述KNN基无铅压电陶瓷原料包括以下组分：碳酸盐、五氧化二铌、镍锌铁氧体、高岭土。

进一步，所述镍锌铁氧体原料包括：氧化铁、氧化镍和氧化锌。

进一步，所述高岭土包括46.54％的SiO₂，39.5％的Al₂O₃，13.96％的H₂O。

进一步，所述碳酸盐为碳酸钾和碳酸钠。

与现有技术相比，本发明的有益效果：引入镍锌铁氧体及高岭土，与KNN基的钙钛矿结构有效互溶，形成一种稳定的化学物质，形成KNN-NZF的三相化合物，第一可以提高压电性能及器件声压，第二可以提高KNN基无铅压电陶瓷的韧性，第三能改善KNN基无铅压电陶瓷的烧结温度，提高了无铅压电陶瓷产品的合格率。

本发明的另一目的在于提供一种KNN基无铅压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将碳酸盐、五氧化二铌、氧化铁、氧化镍、氧化锌、二氧化硅、氧化铝分别放入培养皿，置于烘箱内，在120-150℃下保温3-6h；