[發(fā)明專利]一種鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料及其陶瓷膜片的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210516724.2
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN102976752A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李月明;謝俊;王竹梅;洪燕;沈宗洋;謝志翔
• 申請（專利權(quán)）人: 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院
• 主分類號(hào): C04B35/495
• 分類號(hào): C04B35/495;C04B35/622
• 代理公司: 廣州廣信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44261
• 代理人: 李玉峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功能陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料及其陶瓷膜片的制備方法。

背景技術(shù)

壓電陶瓷作為一類重要的功能陶瓷，具有實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能直接轉(zhuǎn)換的功能，其工作原理源自力–電耦合的壓電效應(yīng)，涉及材料、物理、力學(xué)等多學(xué)科交叉，已廣泛應(yīng)用于電子信息、超聲換能、傳感器、無損檢測等技術(shù)領(lǐng)域。目前，現(xiàn)有技術(shù)大規(guī)模使用的壓電陶瓷材料體系主要是鉛基壓電陶瓷。由于鉛基壓電陶瓷材料在生產(chǎn)、使用及廢棄后的處理過程中都會(huì)給人類及生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重危害，因此環(huán)境友好的新型壓電陶瓷材料已成為世界廣泛關(guān)注和研發(fā)的熱點(diǎn)。鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷由于其具有優(yōu)越的壓電性能和較高的居里溫度，因而是目前最受關(guān)注的無鉛壓電陶瓷體系之一。

現(xiàn)有技術(shù)鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的制備方法主要包括：傳統(tǒng)固相燒結(jié)法、水熱合成法、溶膠-凝膠合成法（sol-gel）、模板晶粒生長法（Templated?Grain?Growth，TGG）、反應(yīng)模板晶粒生長法（Reactive-Templated?Grain?Growth，RTGG）等，而不同的制備技術(shù)對(duì)鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的性能有著重大的影響。其中，固相燒結(jié)法是最常用的方法之一，具有制備成本低、制備過程簡單等特點(diǎn)，但是周期長，而且制備出的多晶陶瓷各向異性程度低，導(dǎo)致壓電常數(shù)較低。sol-gel法制備成本低，得到的粉末微粒細(xì)小，但一直存在著團(tuán)聚的問題。而TGG和RTGG這兩種方法，由于采用織構(gòu)化生長技術(shù)，其制備出來的陶瓷各向異性程度高，因而獲得的織構(gòu)化壓電陶瓷性能優(yōu)良。

目前，現(xiàn)有技術(shù)TGG和RTGG通過流延法制備的織構(gòu)化壓電陶瓷都是采用非水基流延成型。由于非水基流延成型工藝中有機(jī)物含量較多，因而會(huì)導(dǎo)致陶瓷膜片密度低、排膠過程中坯體易變形開裂等問題，不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本偏高，而且使用的是易燃、有毒的有機(jī)溶劑，對(duì)人體和環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重的危害，不能適應(yīng)環(huán)境友好及清潔生產(chǎn)等發(fā)展趨勢。為此，研究以成本低、綠色環(huán)保為特征的水基流延成型工藝，不僅是生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，也是提高社會(huì)效益的迫切要求。目前也尚未見到關(guān)于采用水基流延成型工藝制備鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料，以利于實(shí)現(xiàn)該體系材料織構(gòu)化壓電陶瓷膜片的制備，獲得質(zhì)量及性能優(yōu)良的產(chǎn)品。本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用上述漿料采用水基流延成型工藝制備織構(gòu)化壓電陶瓷膜片的方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供的一種鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料，其組成為：陶瓷基料34～65wt%、模板1～20wt%、去離子水20～60wt%、粘結(jié)劑1～30wt%、增塑劑1～5wt%、分散劑0.5～3wt%、成膜助劑0.5～2wt%、除泡劑0.05～1wt%；所述陶瓷基料為含1～5wt%燒結(jié)助劑的鈮酸鉀鈉基陶瓷粉料；所述模板為片狀Nb₂O₅。優(yōu)選地，所述漿料其組成為：陶瓷基料35～60wt%、模板2～15wt%、去離子水25～50wt%、粘結(jié)劑5～25wt%、增塑劑1～5wt%、分散劑0.5～3wt%、成膜助劑0.5～2wt%、除泡劑0.05～1wt%。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述燒結(jié)助劑為Bi₂O₃+CuO+Li₂O+ZnO復(fù)合熔塊，按質(zhì)量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝3～9∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝5～9∶2∶1。所述鈮酸鉀鈉基陶瓷粉料為具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)（ABO₃）的鈮酸鉀鈉，A、B位摻雜金屬陽離子，其中A位摻雜Li⁺，B位摻雜Sb³⁺、Ta⁵⁺，然后再復(fù)合摻雜鋯鈦酸鋇鈣，其結(jié)構(gòu)通式為：