[發明專利]一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷及其制備方法

在審

• 申請號: 202110767265.4
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113603482A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 杜毅;劉偉朋
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622;C04B35/64;C04B41/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種鈮酸鉀基無鉛壓電陶瓷及其制備方法，所述鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的化學計量比為：(1?x)K_0.48Na_0.52NbO₃?x(NaSbO₃+(Bi_0.45Sm_0.05)Li_0.5ZrO₃)，其中x=0，0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，0.06。制備方法是將 K₂CO₃，Na₂CO₃，Li₂CO₃，Nb₂O₅，Sb₂O₅，Bi₂O₃，Sm₂O₃，ZrO₂，這幾種原料按照化學計量比稱量好，進行配料，經過球磨、烘干后在870℃預燒6h得到預燒粉，再經過二次球磨、烘干、造粒、壓片、排膠后，在1080?1120℃下燒結，最后經過被銀和極化操作后，制得較高壓電常數的陶瓷片。本發明通過將 (NaSbO₃+(Bi_0.45Sm_0.05)Li_0.5ZrO₃)摻雜在KNN基無鉛壓電陶瓷中，并對燒結工藝進行改進，提高了該壓電陶瓷電學性能，其介電常數ε_r=2000，居里溫度T_C=267℃，壓電常數d₃₃=340pC/N。

技術領域

本發明涉及一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷及其制備方法，屬于新型無鉛基功能陶瓷領域。

背景技術

壓電陶瓷是一種重要的功能陶瓷，可以用于實現將機械能與電能之間的相互轉化，廣泛應用于傳感器，換能器，驅動器，變壓器等領域。但是目前市場大規模使用的依舊是鋯鈦酸鉛基（PZT）壓電陶瓷。眾所周知，含鉛物具有毒性，在使用和處理過程中對人體和環境都會造成危害及污染。因此，研究和應用無鉛的、環境友好且性能良好的壓電陶瓷是很有價值和意義的。鈮酸鉀鈉 (K，Na)NbO₃基無鉛壓電陶瓷（簡稱KNN）因具有較高的居里溫度和優異的介電、壓電性能，受到人們的廣泛關注，被認為是公認的最有可能取代鉛基壓電陶瓷的材料之一。然而，KNN陶瓷的制備工藝差，燒結溫度較窄，堿金屬元素K⁺、Na⁺在高溫下極易揮發，采用傳統制備工藝難以獲得綜合性能優良的無鉛壓電陶瓷。專利CN107857590 A采用的也是傳統固相燒結技術，其特征在于摻雜Fe²⁺離子以提高KNN基壓電陶瓷的電致應變以及逆壓電系數，既可以降低陶瓷的燒結溫度，又可以大幅提高基體陶瓷的應變性能，但是此方法得到的樣品d₃₃約為39~87pC/N。專利CN1810711A提出一種埋粉燒結方法，其特征是燒結時將陶瓷生坯埋在相同組分的粉體中，以防止K⁺、Na⁺的揮發，此法取得一定效果，但d₃₃也僅有120 pC/N。專利CN1702055A采用織構化的方法制備無鉛壓電陶瓷，d₃₃為123 pC/N，其制備工藝復雜，不適合大規模工業生產。