[发明专利]Sol-gel法制备NaNbO3粉体及烧结获得单晶的方法

说明书

Sol‑gel法制备NaNbO₃粉体及烧结获得单晶的方法，属于电子陶瓷材料技术领域。将Nb₂O₅与KOH混合煅烧溶于水，滴定pH＝2～3，收集沉淀溶于草酸；滴定pH＝10～11，离心获得白色沉淀，溶解于柠檬酸得溶液Ⅰ；将Na₂CO₃溶液和溶液Ⅰ混合加热得溶胶，干燥；将干凝胶去除有机物，研磨后于550～650℃煅烧，煅烧后的粉体进行球磨可得NaNbO₃粉体。将NaNbO₃粉体经加压成型，双坩埚法烧结，起始温度为室温，不同的速率升温至烧结温度并保温2h，以不同的降温速率降温至800℃，随炉冷却取出样品。本发明NaNbO₃粉体具有正交钙钛矿结构，特定温度下烧结可获得NaNbO₃单晶。

技术领域

本发明涉及一种Sol-gel法制备压电陶瓷NaNbO₃纳米粉体及优化烧结工艺可获得NaNbO₃单晶的方法，属电子陶瓷技术领域。

背景技术

随着信息时代的到来，各种具有优异性能的新型电子材料开始受到人们的关注和重视。压电陶瓷是电子陶瓷的重要组成部分，是一类极为重要的、世界各国竞相研究开发的功能材料，其中钙钛矿型晶体结构的陶瓷是最典型的压电陶瓷，也是当前材料领域研究的热点之一。

NaNbO₃是一种无铅类钙钛矿结构的反铁电体，具有强电场诱发的铁电性。由于共顶连接的NbO₆八面体的灵活性使框架可以承受大范围的扭曲，因此在宽温度范围内呈现丰富的多形性相变。室温下，NaNbO₃呈现反铁电性，呈现正交结构，其反铁电温度范围为-100℃～360℃，在200℃～640℃范围内存在复杂的结构相变，640℃以上呈现理想的立方钙钛矿结构。由于其结构的特殊性，被广泛认为是合成不同钙钛矿型金属氧化物功能型固溶体的起始化合物。

目前采用传统固相法合成的NaNbO₃粉体烧结窗口窄，对烧结温度敏感，烧结过程中钠的挥发导致液相过量，很难烧结获得高致密度的陶瓷体，限制了其在压电器件方面的应用(参考文献：S.Lanfredi,L.Dessemond,A.C.Martins Rodrigues,“Dense ceramics ofNaNbO₃ produced from powders prepared by a new chemical route,”Journal ofEuropean Ceramic Society,2000,20:983-990.)。Saito等人用织构的方法得到的NaNbO₃基陶瓷，压电性能得到了大幅度提升，其压电系数已超过同样方法所得铅基陶瓷(参考文献：Yasuyoshi Saito,Hisaaki Takao, Toshihiko Tani,Tatsuhiko Nonoyama,KazumasaTakatori,Takahiko Hmma, Toshiatsu Nagaya,Masaya Nakamura,“Lead-freepiezoceramics,”Letters To Nature, 2004,432:84-87.)。由此，我们有理由认为相比于织构陶瓷，NaNbO₃单晶的压电性能会有进一步的增强。目前，因为高成本和复杂的制备工艺路线，对NaNbO₃单晶生长的研究参考文献较少。

溶胶-凝胶法(sol-gel法)是制备超细陶瓷粉体的一类重要的湿化学方法，与传统固相方法比较，sol-gel法可精确控制各组分的含量，实现原料分子或原子水平上均匀混合，有利于低温合成高活性超细粉体。而得到粉体后球磨的步骤，有效减轻了煅烧过程中粉体的硬团聚现象并在烧结过程中获得在毫米数量级以上的NaNbO₃单晶。烧结过程对于晶体中形核与生长的过程十分重要，烧结温度的选择和升降温制度的调节是最终获得NaNbO₃单晶的关键步骤。到目前为止，还未见sol-gel法制备NaNbO₃粉体及烧结获得单晶的相关报道。