[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

本发明涉及功能陶瓷材料领域，具体涉及一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。本发明提供的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：将压电陶瓷粗品在60‑120℃的环境中依次进行交流电场极化和直流电场极化，得到所述压电陶瓷。本发明提供的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法使压电陶瓷的压电系数有明显提高，而反向压电系数在温度变化过程中稳定性得到提高。

技术领域

本发明涉及功能陶瓷材料领域，具体涉及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％。反向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应用受限。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷虽具有较优的压电性能，但对温度敏感，热稳定性较差的缺陷，从而提供一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。

本发明提供一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：将压电陶瓷粗品在60-120℃的环境中依次进行交流电场极化和直流电场极化，得到所述压电陶瓷。

优选的，所述交流电场强度为10～30kV/cm，交流电场的频率为0.1-20Hz，极化循环的次数为20-50次，所述直流电场极化的电场强度为20-40kV/cm，极化时间为20～120秒。

优选的，将压电陶瓷粗品置于60-120℃的硅油中依次进行交流电场极化和直流电场极化，得到所述压电陶瓷。

优选的，所述压电陶瓷粗品的制备方法包括如下步骤：

1)按配方比例称取各组分原料，然后将原料混合后依次经一次球磨、一次烘干、一次烧结、二次球磨、二次烘干后得到混合粉料；

2)将混合料粉冷压成型、冷等静压处理后进行二次烧结，得到所述压电陶瓷粗品；

其中，以重量分数计，所述压电陶瓷粗品的原料包括：0.80-3.45份的CaCO₃，7.10-12.18份的Na₂CO₃，8.20-15.90份的K₂CO₃，0.20-0.71份的Li₂CO₃，0-3.85份的MnO₂，0.60-4.24份的ZrO₂，28.50-57.32份的Nb₂O₅，1.2-13.20份的Ta₂O₅。