[发明专利]一种抗还原铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种抗还原铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。该压电陶瓷的化学式如下：(1‑x)K_0.5Na_0.5NbO₃‑xBi_0.5Na_0.5ZrO₃+y％M；其中，x、y表示本压电陶瓷体系中的摩尔分数，0.03≤x≤0.06，0≤y≤1；M表示二价锰化合物(如MnCO₃、MnO或MnS)。本发明抗还原型铌酸钾钠基无铅压电陶瓷具有优良的压电性能及综合性能。通过选择适当的x、y值及工艺参数，可使该体系的压电常数d₃₃达310pC/N以上，平面机电耦合系数k_p可达0.52，高场应变可达0.18％，最大高场压电常数d₃₃^*达到440pm/V(E＝20kV/cm)，居里温度在340℃以上。

技术领域

本发明属于无铅压电陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种抗还原铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着电子信息技术的飞速发展，压电陶瓷材料及其应用研究也正在加深，这要求未来的电子元器件要做到小型化、功能化、低成本、高稳定性和多层化。因此，压电微型器件的研发成为当前国内外一个热门的研究方向，其在工业、国防、信息和通讯、航空航天、航海、医药和生物工程、农业等领域有着巨大的应用前景。压电陶瓷多层化是器件微型化且能拉近与铅基材料性能距离的一种有效方式。然而，市场上的多层压电陶瓷的内电极多为Pd-Ag银钯电极。该电极浆料价格昂贵，致使器件的成本升高。采用镍电极作为内电极具有很大的优势：1、镍电极成本低，仅为常规的Pd30-Ag70电极的5％左右，价格低；2、镍原子的电迁移速度较Ag或Pd-Ag小，因而具有良好的电化学稳定性，可以提高多层压电陶瓷的可靠性；3、镍电极对焊料的耐腐蚀性和耐热性好，工艺稳定性好；4、Ni电极的抗氧化性要优于Ag电极；5、Ni电极具有很高的熔点，可达1300℃以上，可实现与陶瓷基体共烧。由于Ni金属容易在400℃以上发生氧化，因此，多层陶瓷材料在共烧时就必须提供还原气氛。因此，研究具有良好的抗还原特性、优秀的压电性能的无铅压电陶瓷十分重要。

当前，国内仅有北京科技大学张波萍教授课题组在N₂气氛下烧结出了(1-x)K_0.535Na_0.482NbO₃-xLiNbO₃陶瓷(授权公告号CN101355135)。而国外的研究主要来自日本村田(MURATA)公司和日本太阳诱电(TAIYO YUDEN)公司的Kobayashi课题组。日本村田公司在2009年以0.96(Na_0.5K_0.5)NbO₃-0.04CaZrO₃+0.03ZrO₂流延陶瓷坯膜和镍电极一次共烧技术得到多层片式压电陶瓷驱动器，并且压电性能d₃₃^*高达360pm/V(在2kV/mm下)、准静态压电常数d₃₃达到190pC/N，居里温度Tc为260℃[Kawada,S.Applied Physics Express2009,2,111401]。2014年Kobayashi通过加入NaF-Nb₂O₅助烧剂实现了KNN与镍内电极在还原气氛烧结，获得细晶高性能d₃₃^*＝350pm/V驱动器原型器件且居里温度Tc为296℃[Kobayashi,K.Journal of Electroceramics2014,32,301.]。当前国内外的还原气氛烧结的铌酸钾钠基压电陶瓷的研究极少，且该体系的性能仍需进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗还原铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法，该铌酸钾钠基无铅压电陶瓷在还原气氛下烧结，居里温度和致密度高、压电性能优异、具有抗还原特性。

本发明提供的一种抗还原铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其化学式如下：