[發明專利]一種無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200910031940.6
• 申請日: 2009-06-25
• 公開（公告）號: CN101585704A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發明（設計）人: 朱孔軍;裘進浩;蘇禮奎;季宏麗
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622;H01L41/187
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 唐小紅

一、技術領域

本發明涉及一種壓電陶瓷材料，尤其涉及一種無鉛壓電陶瓷材料，同時涉及一 種無鉛壓電陶瓷材料的制備方法。

二、背景技術

壓電陶瓷材料是重要的功能材料，廣泛應用于換能器，壓電變壓器，濾波器 和超聲馬達等領域。壓電陶瓷作為重要的功能材料在電子材料領域占據相當大的 比重。近幾年來，壓電陶瓷在全球每年銷售量按15％左右的速度增長。據資料統 計，2000年全球壓電陶瓷產品銷售額約達30億美元以上。但是，傳統的壓電陶 瓷材料主要是鉛基陶瓷，雖然其具有較好的壓電特性，但鉛對環境和人類健康都 有很大的危害，以PZT壓電陶瓷為例，氧化鉛占其原料含量的60％以上，在制 備，使用以及廢棄后處理中都會對環境產生不利的影響。2001年歐洲議會通過 了關于“電器和電子設備中限制有害物質”的法令，并定于2006年實施。其中在 被限制使用的物質中就包括含鉛的壓電器件。由此可見含鉛壓電陶瓷的禁用是必 然趨勢，因而不含鉛的環境友好型無鉛壓電陶瓷材料成為研究的熱點。

目前的無鉛壓電陶瓷材料主要有BaTiO₃基，Bi_1/2Na_1/2TiO₃(BNT)基，鈮酸鹽 系，鉍層狀結構無鉛壓電陶瓷等。其中Na_0?5K_0?5NbO₃(簡稱KNN)壓電陶瓷材 料屬于鈣鈦礦型結構，其居里溫度約為415℃，室溫下為斜方相，被視為替代傳 統PZT壓電陶瓷的候選材料之一，很長一段時間內國內外在這方而的研究多停 留在簡單體系，材料的壓電性能也不高。直到日本豐田中央研究所Saito?Y等人 的研究中得到了d₃₃在416pC/N的鈮酸鹽系無鉛壓電陶瓷，這才又一次引起了 人們的注意。但是工藝太復雜，難以被應用。與PZT壓電陶瓷相比，由于氧化鉀 和氧化鈉容易揮發，KNN的制備工藝性差，在正常大氣壓下燒結時，陶瓷的密 度只有理論密度的90％，結構疏松，性能不理想。

壓電陶瓷粉體的合成主要有固相合成法，水熱法，溶膠凝膠法等方法。固相 合成法是一種傳統的粉體合成方法，將原料混合經高溫固相反應后粉碎而得到粉 體。此方法具有成本低，技術簡單等優點，但此方法難于使原料混合均勻，顆粒 粗而分散，對鈮酸鉀鈉系列無鉛壓電陶瓷，此方法制備的粉體很難燒結。因此， 采用濕化學方法如水熱法和溶膠凝膠法合成鈮酸鉀鈉體系無鉛壓電陶瓷粉體越 來越受到重視。