[发明专利]一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法，铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的通式为(1‑x)(Na,K,Li)(Nb,Ta)O₃‑xCaZrO₃‑yMnO₂,0≤x≤0.1,0≤y≤0.04，其中x为CaZrO₃的占原料总量的原子百分比，y为MnO₂占原料总量的质量百分比，所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷具有280‑360pC/N的压电常数d₃₃，所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的反向压电常数d₃₃*在室温至150℃的温度范围内的波动不超过10％。本发明通过本方法，可以有效制备得到具有优异压电性能与温度稳定性的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，且其压电常数d₃₃达280‑360pC/N，其压电性能的温度稳定性非常优异，在室温至150℃的温度范围内保持在±10％的波动范围之内。

技术领域

本发明涉及功能陶瓷材料技术领域，具体为一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

压电材料由于具有正、逆压电效应而可实现机械能与电能的相互转换，因此作为一种重要的功能材料被广泛应用于驱动器、传感器等高新技术领域，目前，锆钛酸铅基压电陶瓷因其性能的优越性而成为应用最广泛的压电材料，但是该体系材料中含有大量有毒的铅，在生产、使用及废弃处理过程中均会给人类健康和生态环境带来严重的危害，因此，研发性能优异的无铅压电陶瓷材料成为一项紧迫且具有重大实用意义的课题。

2004年，日本的Saito等人在Nature杂志上报道了利用织构方法制备的经掺杂改性的铌酸钾钠基压电陶瓷，其压电系数d₃₃达416pC/N，可以与含铅压电陶瓷相媲美，该里程碑式的重大突破掀起了研究铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的热潮，并使得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷被认为是最具潜力替代含铅压电陶瓷的体系之一，目前，大部分关于铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的研究仍专注于通过掺杂改性在室温附近形成多晶型相变区以提高其压电性能，但是，由于多晶型相变区的存在，使得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷压电性能的温度稳定性很差，例如，对LiSbO₃掺杂的铌酸钾钠无铅压电陶瓷，其反向压电系数d₃₃* 在室温下为355pm/V，而当温度升高至50℃时急剧下降至250pm/V，降幅达 30％，压电性能对温度如此强烈的敏感性使铌酸钾钠基无铅压电陶瓷难以实现实用化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的通式为(1-x)(Na,K,Li)(Nb,Ta) O₃-xCaZrO₃-yMnO₂,0≤x≤0.1,0≤y≤0.04，其中x为CaZrO₃的占原料总量的原子百分比，y为MnO₂占原料总量的质量百分比。

优选的，所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷具有280-360pC/N的压电常数d₃₃。

优选的，所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的反向压电常数d₃₃*在室温至 150℃的温度范围内的波动不超过10％。

一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，其制备方法包括以下步骤：

A、将预定比例的原料混合并进行球磨，得到混合粉料，其中，原料包括碳酸盐、氧化物、CaCO3、ZrO2以及MnO2；

B、将混合粉料进行预烧结，得到经过预烧结的粉料；

C、将经过预烧结的粉料进行二次球磨，得到经过二次球磨的粉料；

D、将经过二次球磨的粉料进行冷压成型和冷等静压处理，得到陶瓷粗坯；