[發明專利]一種KNN-LT無鉛壓電陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201310482696.1
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN103601492A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 談國強;郝航飛
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦結構無鉛壓電陶瓷領域，涉及一種KNN-LT無鉛壓電陶瓷及其制備方法。?

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以來，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陶瓷成功開發后，結構特征為ABO₃型的鉛基鈣鈦礦壓電陶瓷的研究開發非?；钴S，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的含量約占原料總質量的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。其中KNN系無鉛壓電陶瓷因具有介電常數小、壓電?性能高、頻率常數大、密度小、居里溫度高等特點，成為當前最有可能取代鉛基壓電陶瓷的體系之一。然而，傳統工藝獲得KNN壓電陶瓷有以下的缺點：(1)在1140℃以上，KNN會出現液相，所以KNN的溫度穩定性被限制在1140℃以下。(2)由于在900℃左右Na和K會以氧化物Na₂O和K₂O形成開始揮發，造成預燒和燒結的氣氛很難控制；(3)KNN在潮濕的環境時非常容易發生潮解，使化學計量發生偏離，導致產生雜相，使陶瓷難以燒結致密。上述原因都限制了KNN體系材料的實際應用。為了優化KNN基無鉛壓電陶瓷的結構，提高KNN基陶瓷的壓電性能，各國學者從添加燒結助劑、A位和B位摻雜取代、添加新組元等方面對KNN基無鉛壓電陶瓷進行了大量研究；同時，結合熱壓、放電等離子、熱等靜壓燒結等工藝方法，以期獲得致密的KNN陶瓷；然而上述制備方法對設備要求過高、生產工藝苛刻、生產成本較高、材料尺寸受到限制，而且制得的陶瓷的穩定性也不能令人滿意，因此難以獲得工業化應用。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種KNN-LT無鉛壓電陶瓷及其制備方法，該方法工藝簡單、能耗低、成本低，制得的KNN-LT無鉛壓電陶瓷的化學式為(1-x)(0.5KNbO₃-0.5NaNbO₃)-xLiTaO₃(x=0～0.10)。?

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：?

一種KNN-LT無鉛壓電陶瓷，其化學式為:?

(1-x)(0.5KNbO₃-0.5NaNbO₃)-xLiTaO₃，其中x=0～0.10。?

其為鈣鈦礦結構，其壓電常數d₃₃=104～167pC/N，機電耦合系數K_p=17.1～37.3％，機械品質因子Q_m=19.2～131.9，居里溫度T_c=444.4～461.8℃。?

當x≤0.04時KNN-LT無鉛壓電陶瓷的主晶相為正交鈣鈦礦結構；當x≥0.10?時KNN-LT無鉛壓電陶瓷的主晶相為四方鈣鈦礦結構。?

一種KNN-LT無鉛壓電陶瓷的制備方法，包括以下步驟：?