[发明专利]一种铌酸锂钠基无铅压电陶瓷的极化方法

说明书

本发明公布了一种铌酸锂钠基无铅压电陶瓷的极化方法，主要分为第一次极化和第二次极化；将铌酸锂钠无铅压电陶瓷放入硅油中，升温至设定温度，在设定的极化电场强度下保持一定时间，进行第一次极化；随后降温取出陶瓷样品静置后再次放入硅油中，升温加热，在设定的极化电场强度下保持一定时间，进行第二次极化，最后降温取出去除表面硅油，在室温(25℃)下测试其压电性能，实验表明，其压电常数能从普通极化的60pC/N提升至115pC/N。本发明合理选择极化条件，通过控制极化时压电陶瓷样品电极间的极化电场大小和时长，以及样品所处环境及温度，来提升压电性能；使用本发明的极化方法，可以让铌酸锂钠基无铅压电陶瓷具有优异的压电性能。

技术领域

本发明涉及无铅压电陶瓷材料的极化，特别是一种铌酸锂钠基无铅压电陶瓷的极化方法。

背景技术

压电材料由于其具有转化机械能和电能的能力，因此在工业中得到了广泛的应用。压电材料被用作传感器、执行器以及换能器，例如：镜头自动对焦、麦克风、耳机以及声纳。由于铅基压电陶瓷在早期被人们所发明，例如锆钛酸铅(PZT)基陶瓷，一直是商业产品材料设计的首选。然而事实证明铅元素对于人体健康和生态环境危害严重，因此世界多个国家提出了使用环境友好的无铅压电材料的要求。例如由欧盟在2006年提出的《关于限制在电子电气设备中使用某些有害成分的指令》(RoHS)，里面提到了规范电子电器设备中的前元素的含量。因此，科学家们投入了极大的精力来开发无铅压电陶瓷以替代铅基压电陶瓷。

在2004年，Kimura等人发现铌酸锂钠基无铅压电陶瓷在经过热处理后，其机械品质因数Qm达到3000，这使得铌酸锂钠基无铅压电陶瓷相比于其他成分的无铅压电陶瓷在大功率器件的应用上非常具有竞争力，继而受到广泛的关注。然而铌酸锂钠基无铅压电陶瓷和现有无铅压电陶瓷相比，其矫顽场较高，压电常数较低。所以在赋予其宏观压电性能的极化时更加困难，同时较低的压电常数也影响其应用价值。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种铌酸锂钠基无铅压电陶瓷的极化方法，使铌酸锂钠基无铅压电陶瓷得到充分极化，提升其压电性能，从而提高其应用价值。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种铌酸锂钠基无铅压电陶瓷的极化方法，主要包括第一次极化和第二次极化，具体如以下步骤：

S1：极化前准备，将铌酸锂钠基无铅压电陶瓷放入硅油中，升温加热；

S2：第一次极化，在设定的极化电场强度下极化至设定的时间，结束后保持电场强度不变，将硅油自然降温至25℃；

S3：将铌酸锂钠基无铅压电陶瓷从硅油中取出，直接静置在空气中；

S4：第二次极化，将静置后的铌酸锂钠基无铅压电陶瓷再次放入硅油中，升温加热；在设定的极化电场强度下极化至设定的时间，随后自然降温至25℃；

S5：从硅油中取出第二次极化后的铌酸锂钠基无铅压电陶瓷，去除其表面硅油后放置至设定时间，使用准静态压电系数测试仪测量其压电性能，得到25℃下压电常数。

优选的，步骤S1中，将硅油以10℃/min的速度升温至80～120℃。

优选的，步骤S2中，将极化电场强度设置为3～5kV/mm，保持极化30～60min。

优选的，步骤S3中，所述铌酸锂钠基无铅压电陶瓷从硅油中取出后，在空气中放置24～48h。

优选的，步骤S4中，将硅油以10℃/min的速度升温至80～120℃，将极化电场强度设置为4～6kV/mm，保持极化30～60min。

优选的，步骤S5中，去除所述铌酸锂钠基无铅压电陶瓷表面的硅油，放置24h后再测量其压电性能。