[發明專利]鈮酸鈉鈦酸鉍鋰系無鉛壓電陶瓷組合物

無效

• 申請號: 201110435326.3
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102531599A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 賃敦敏;鄭蕎佶;伍曉春
• 申請（專利權）人: 四川師范大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦結構壓電陶瓷領域，涉及一種新型的多元系鈮酸鹽無鉛壓電陶瓷組合物，特別是涉及一種鈮酸鈉鈦酸鉍鋰系無鉛壓電陶瓷組合物。

背景技術

自二十世紀四十年代中期發現鈦酸鋇陶瓷的壓電性，特別是具有優異壓電性能和高居里溫度的鋯鈦酸鉛Pb(Ti,Zr)O₃陶瓷開發成功后，結構特征為ABO₃型的鉛基鈣鈦礦壓電陶瓷的研究開發非常活躍，壓電陶瓷及壓電陶瓷器件已廣泛地應用于工業特別是信息產業領域。以鋯鈦酸鉛(Pb(Ti,Zr)O₃)為代表的鉛基二元系和以鋯鈦酸鉛(Pb(Ti,Zr)O₃)為基、添加第三組元[如以鈮鎂酸鉛(Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃)、銻錳酸鉛Pb(Mn_1/3Sb_2/3)O₃為代表]的鉛基三元系壓電陶瓷材料具有優良的壓電鐵電性能、高的居里溫度。工業生產中應用的壓電陶瓷絕大多數是該類鈣鈦礦鉛基壓電陶瓷。

但是，鉛基壓電陶瓷材料中，PbO或Pb₃O₄的含量約占原料總量的70%。鉛污染已成為人類公害之一。鉛基壓電陶瓷在生產、使用及廢棄后處理過程中給人類及生態環境造成嚴重危害，不利于人類社會的可持續發展。近年來，開發不含鉛的、性能優越的壓電陶瓷體系受到世界各國特別是歐美、日本、韓國以及中國的日益重視。

目前廣泛研究的無鉛壓電陶瓷體系有四類：鉍層狀結構無鉛壓電陶瓷、BaTiO₃基無鉛壓電陶瓷、Bi_0.5Na_0.5TiO₃基無鉛壓電陶瓷及K_0.5Na_0.5NbO₃堿金屬鈮酸鹽系無鉛壓電陶瓷。鉍層狀結構無鉛壓電陶瓷居里溫度高，各向異性大，但壓電活性極低；BaTiO₃基壓電陶瓷居里溫度僅為120℃，室溫附近存在鐵電四方-鐵電正交相界，電學性能的溫度穩定性較差；Bi_0.5Na_0.5TiO₃基無鉛壓電陶瓷具有壓電性較強且易于改性提高壓電性能的特點，但在210℃附近的第二相變致使退極化溫度低于210℃，改性提高壓電性能的同時往往伴隨退極化溫度的嚴重降低；K_0.5Na_0.5NbO₃堿金屬鈮酸鹽系無鉛壓電陶瓷通過引入ABO₃型化合物或相似離子取代改性使鐵電四方-鐵電正交相變移向室溫而提高壓電性能，但室溫鐵電四方-鐵電正交兩相共存使電學性能的溫度穩定性較差。

??鈮酸鈉NaNbO₃是正交結構鈣鈦礦反鐵電體，被認為是最復雜的鈣鈦礦結構材料。隨著溫度的降低，依次發生順電相-反鐵電相-鐵電相等六個結構相變(Phys.?Rev.?B,?76,?024110-1-8(2007))。在NaNbO₃中引入ABO₃型化合物，可以形成NaNbO₃-CaTiO₃(Phys.?Rev.?B?77,?052104?(2008)),?NaNbO₃-SrTiO₃(Chem.?Mater.,?17,?1880-1886?(2005)),?NaNbO₃-BaSnO₃(Solid?State?Sci.?6,?333-337??(2004)),?NaNbO₃-CaSnO₃(J.?Alloys?Compd.,?465,?222-226?(2008))等NaNbO₃基體系，這些體系具有顯著的弛豫特征而作為介電材料被深入研究，但不顯示出壓電性能。此外，在NaNbO₃中引入鈮酸鹽鐵電體如KNbO₃(J.?Am.Ceram.?Soc.,?82,?797–818?(1999))、LiNbO₃(J.?Appl.?Phys.,?48,?3014-3017?(1977))，可以得到壓電體。除此之外，相對于上述四類無鉛壓電陶瓷，關于NaNbO₃基無鉛鐵電壓電陶瓷材料的研究極少。

發明內容