[发明专利]一种高机械品质因数的铌锆酸铋钾钠铜铁无铅压电陶瓷

说明书

本发明公开了一种铌锆酸铋钾钠铜铁无铅压电陶瓷材料的制备方法，该压电陶瓷的通式为[(K_0.45Na_0.55)_0.98‑x(Bi_0.5Na_0.5)_xCu_0.01](Nb_1‑xZr_xFe_0.004)O₃表示，其中0.03≤x≤0.05。采用固相反应法，经过原料混合，预烧，造粒，压片，排胶，烧结，烧银，极化等工艺制备陶瓷材料。结果表明，铌锆酸铋钾钠铜铁无铅压电陶瓷，其烧结特性好、损耗低、结构致密、压电性能优异：压电常数d₃₃:170～260pC/N，机电耦合系数k_p:0.42～0.47，机械品质因数Q_m:250～370。

技术领域

本发明属于材料科学与工程领域。涉及一种铌锆酸铋钾钠铜铁无铅压电陶瓷材料及其制备方法，具体来讲，在铌锆酸铋钾钠铜铁陶瓷材料的制备过程中通过特定的组分和制备方法，可以获得高机械品质因数，以及高压电性能的无铅压电陶瓷材料。

背景技术

压电陶瓷由于其独特的力电转换能力，以及其简单的制备工艺，低廉的成本，已经广泛应用于换能器，驱动器，传感器等许多电子元件中。而目前大批量生产的压电陶瓷以铅基压电陶瓷为主，铅的使用会对人体以及环境造成危害，不利于可持续发展。所以高性能的无铅压电陶瓷成为了近年来全球研究的热点。铌酸钾钠无铅压电陶瓷是目前最有望替代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷材料，近年来学者们通过添加剂，调控相界，改善制备工艺，令其压电性能可以与铅基压电陶瓷相当，但是材料的温度稳定性会相应变差，机械品质因数降低，发热严重，还不满足大规模实际应用的条件。目前尚未有对具有高居里温度、高机械品质因数的铌锆酸铋钾钠铜铁无铅压电陶瓷，低损耗，高压电性能，同时具有优良温度稳定性的报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的是提供一种铌锆酸铋钾钠铜铁无铅压电陶瓷材料，其特点是引入Cu、Fe元素， 并且通过特定的制备工艺制备出的铌锆酸铋钾钠铜铁无铅压电陶瓷材料，该发明在提高了铌锆酸铋钾钠铜铁无铅压电陶瓷的压电性能的同时，保持了高居里温度( T_C360℃)提升了材料的机械品质因数，降低了材料工作时的介电损耗，并且具有良好的温度稳定性，可以适用于更大温度范围的应用。

本发明采用固相法制备陶瓷材料，包括以下步骤：

(1)固相法制备铌锆酸铋钾钠铜铁陶瓷粉体

将原料按化学通式[(K_0.45Na_0.55)_{0.98- x}(Bi_0.5Na_0.5)_xCu_0.01](Nb_{1- x}Zr_xFe_0.004)O₃，其中 x的范围0.03 ≤  x ≤ 0.05，进行称量配料，混合于球磨罐中。以无水乙醇为球磨介质，在行星式球磨机内按照转速150~250rpm进行8~12小时的球磨，将原料混合均匀，随后在烤灯下烘干之后放于箱式马弗炉中升温至850℃保温6个小时，得到铌锆酸铋钾钠铜铁无铅压电陶瓷的陶瓷粉体；

(2) 造粒压片