[發(fā)明專利]一種高壓電常數(shù)的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011080914.5
• 申請(qǐng)日: 2020-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN112209712B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龔文;吳超峰;俞勝平;高洪偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江清華長三角研究院;歌爾股份有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/495
• 分類號(hào): C04B35/495;C04B35/622;C04B35/64
• 代理公司: 嘉興啟帆專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33253
• 代理人: 廖銀洪

本發(fā)明公開了一種高壓電常數(shù)的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷，所述高壓電常數(shù)的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的化學(xué)組成為：(1?x)(K_0.5Na_0.5)Nb_1?ySb_yO₃+xCuZr_0.5Ti_0.5O₃，其中，x，y為摩爾百分比，0≤x≤0.4，0.01≤y≤0.2。本發(fā)明的高壓電常數(shù)的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷及其制備方法，采用銅、銻、鋯和鈦元素進(jìn)行摻雜改性，實(shí)現(xiàn)電荷和空位補(bǔ)償，提高其壓電常數(shù)，增加無鉛壓電陶瓷壓電敏感性。本發(fā)明采用鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷具有高壓電常數(shù)，大大拓寬了無鉛壓電陶瓷應(yīng)用場景，同時(shí)無鉛壓電陶瓷綠色環(huán)保，可有效減少對(duì)人類健康和環(huán)境的損害。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無鉛壓電陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓電常數(shù)的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)

壓電材料能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械能和電能之間的相互轉(zhuǎn)換，在信息、電子、精密儀器和超聲檢測等技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。目前普遍使用的是鋯鈦酸鉛(PZT)基壓電材料，在PZT壓電材料中，鉛(Pb)元素約占材料總重量的70％，這類陶瓷材料在生產(chǎn)、使用以及廢棄處理過程中都會(huì)給人類健康和生態(tài)環(huán)境造成十分嚴(yán)重的損害。鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷具有較強(qiáng)的壓電性能，通過配方體系和制備方法改進(jìn)，在提高壓電常數(shù)方面具有進(jìn)一步提升空間，繼而大幅擴(kuò)寬無鉛壓電陶瓷應(yīng)用空間。

基于上述情況，本發(fā)明提出了一種高壓電常數(shù)的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷及其制備方法，可有效解決以上問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)和低介電損耗的高壓電常數(shù)的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷及其制備方法。本發(fā)明的高壓電常數(shù)的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷及其制備方法，采用銅、銻、鋯和鈦元素進(jìn)行摻雜改性，實(shí)現(xiàn)電荷和空位補(bǔ)償，提高其壓電常數(shù)，增加無鉛壓電陶瓷壓電敏感性。本發(fā)明采用鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷具有高壓電常數(shù)，大大拓寬了無鉛壓電陶瓷應(yīng)用場景，同時(shí)無鉛壓電陶瓷綠色環(huán)保，可有效減少對(duì)人類健康和環(huán)境的損害。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種高壓電常數(shù)的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷，所述高壓電常數(shù)的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的化學(xué)組成為：(1-x)(K_0.5Na_0.5)Nb_1-ySb_yO₃+xCuZr_0.5Ti_0.5O₃，其中，x，y為摩爾百分比，0≤x≤0.4，0.01≤y≤0.2。

本發(fā)明的高壓電常數(shù)的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷及其制備方法，采用銅、銻、鋯和鈦元素進(jìn)行摻雜改性，實(shí)現(xiàn)電荷和空位補(bǔ)償，提高其壓電常數(shù)，增加無鉛壓電陶瓷壓電敏感性。本發(fā)明采用鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷具有高壓電常數(shù)，大大拓寬了無鉛壓電陶瓷應(yīng)用場景，同時(shí)無鉛壓電陶瓷綠色環(huán)保，可有效減少對(duì)人類健康和環(huán)境的損害。

優(yōu)選的，所述的高壓電常數(shù)的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

1)原料預(yù)處理：將碳酸鉀、碳酸鈉、五氧化二鈮、三氧化二銻、氧化銅、二氧化鋯和二氧化鈦放入培養(yǎng)皿，置于烘箱內(nèi)，在120-150℃下保溫3-6h；

2)稱料混合：按所述高壓電常數(shù)的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的化學(xué)組成為配比稱量經(jīng)步驟1)預(yù)處理后的原料，分散于無水乙醇中，混合均勻后烘干，粉碎過篩，制成預(yù)混粉；

3)預(yù)燒：將所述預(yù)混粉置于箱式爐中連續(xù)升溫至850-1050℃，保溫4-8h，降溫至室溫后粉碎過篩，得到預(yù)燒粉；

4)燒結(jié)：將所述預(yù)燒粉干壓成型為生坯，在氣氛燒結(jié)爐中于1150-1480℃下保溫6-12h，得到致密的壓電陶瓷片；