[發明專利]一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷及其制作工藝和應用

有效

• 申請號: 201910668802.2
• 申請日: 2019-07-24
• 公開（公告）號: CN110451958B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 龔文;吳超峰
• 申請（專利權）人: 桐鄉清鋒科技有限公司
• 主分類號: H01L41/187
• 分類號: H01L41/187;C04B35/495;C04B41/88;C04B35/64;G10K9/122;G10K9/20
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本發明涉及無鉛壓電陶瓷技術領域，尤其涉及一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷及其制作工藝和應用，采用直接干壓成型，氣氛燒結并控制燒結溫度，制備成致密度高、壓電性能優異的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷，同時提供一種新型的蜂鳴片結構，裝配簡單，有利于生產，蜂鳴片電極與驅動電路電極間結合緊密，穩定性高。

技術領域

本發明涉及無鉛壓電陶瓷技術領域，尤其涉及一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷及其制作工藝和應用。

背景技術

壓電蜂鳴器是由壓電陶瓷發聲元件和振蕩電路組成的電聲元件，是將高壓極化后的壓電陶瓷片粘貼于振動金屬片上，當加入交流電壓后,會因為壓電效應,而產生機械變形伸展及收縮，利用此特性使金屬片振動而發出聲響。與機械式蜂鳴器和電磁型蜂鳴器相比，壓電陶瓷蜂鳴器具有無噪音、可靠性好、能耗低、發音清晰、抗電磁干擾能力強、使用壽命長、體積小、重量輕等優點，目前已被廣泛應用于工農業生產和人們日常生活的各類電聲發聲器件，如通信產品、工業儀器、報警器、電子玩具和家用電器等。壓電蜂鳴器主要由壓電蜂鳴片和一個有放音孔的空腔組成。其中，由壓電陶瓷薄片和金屬片粘合而成的壓電蜂鳴片是壓電蜂鳴器的核心元件。目前廣泛使用的壓電陶瓷蜂鳴器都是采用鋯鈦酸鉛（PZT）基壓電材料制造的。而在鋯鈦酸鉛材料中，鉛（Pb）元素約占材料總重量的70％，這類陶瓷材料在生產、使用以及廢棄處理過程中都會給人類健康和生態環境造成十分嚴重的損害。2004年，日本的Saito等人在Nature雜志上報道了利用織構方法制備的經摻雜改性的鈮酸鉀鈉基壓電陶瓷，其壓電系數d33達416pC/N，可以與含鉛壓電陶瓷相媲美。但是，由于多晶型相變區的存在，使得鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷壓電性能的溫度穩定性很差，得到的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的致密度較差、晶粒尺寸不均勻，進而影響壓電性能。另外，在結構方面，傳統的蜂鳴器是將壓電薄片粘接在金屬片上，在壓電片和金屬片上分別通過金屬引線焊接后引出。這種結構關系，其固定、焊接、引出的裝配過程較為復雜，且容易造成焊點處的虛焊、脫焊等質量問題，不利于大批量的工業化生產和自動化的實現。

發明內容

針對以上問題，本發明提出一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷及其制作工藝和應用，采用直接干壓成型，氣氛燒結并控制燒結溫度，制備成致密度高、晶粒尺寸均勻、壓電性能優異的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷，同時，本發明提供一種新型的蜂鳴片結構，裝配簡單，有利于生產，蜂鳴片電極與驅動電路電極間結合緊密，穩定性高。

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案來實現：一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷，化學組成為：(1-x-y)(K_0.6Na_0.4)NbO₃+x (Ca_0.5Mg_0.5)TiO₃+ySrHfO₃；所述x，y為摩爾百分比，0.01≤x≤0.1，0.01≤y≤0.1。

一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷用于制備壓電蜂鳴片的制備方法，包括以下步驟：將所述鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷做成圓環和圓片，圓環和圓片粘附在金屬基片上，所述圓環和圓片同圓心布置，圓片朝外一側為正極，圓環朝外一側為負極；將粘附有圓環和圓片的金屬基片在55-95℃下固化5.5-10.5h，得到所述壓電蜂鳴片。

優選的，所述粘附通過環氧樹脂粘合劑粘附，所述金屬基片為不銹鋼片。

與現有技術的壓電蜂鳴片相比，本發明所述壓電蜂鳴片的正負極位于蜂鳴片的同一側同一高度，可以方便利用導電膠實現蜂鳴片電極與驅動電路電極間的緊密膠合，而無需借助額外的引線，這就避免了引線焊點失效的問題，同時大大簡化了裝配過程，降低了勞動強度和生產成本，提高了生產效率和產品質量。

一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的制作工藝，包括以下步驟：