三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。该压电陶瓷以下列通式I表示：(1‑x‑y)K0.5Na0.5NbO3‑xBi0.5Na0.5TiO3‑yBi0.2Sr0.7SnO3+zFe3O4(I)其中，x和y分别为Bi0.5Na0.5TiO3和Bi0.2Sr0.7SnO3所占化合物(1‑x‑y)K0.5Na0.5NbO3‑xBi0.5Na0.5TiO3‑yBi0.2Sr0.7SnO3摩尔百分数，z为Fe2O3为所占化合物(1‑x‑y)K0.5Na0.5NbO3‑xBi0.5Na0.5TiO3‑yBi0.2Sr0.7SnO3的质量百分数；其中，0＜x≤0.04，0.01≤y≤0.09，0.01≤z≤0.03。所述三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷具有优异的压电性能，而其逆压电效应更是具有良好的温度稳定性，具有实用价值。另外，所述无铅压电陶瓷所用原料来源丰富，价格低廉，适合大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及压电陶瓷
，更具体地，涉及一种三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。
技术介绍
压电陶瓷具有正压电效应和逆压电效应，其中基于逆压电效应的器件应用最为广泛。例如，柴油发动机的压电喷油嘴、压电式喷墨打印头、压电式点胶机、触觉反馈振动器、压电扬声器、屏幕发声器以及精密定位平台等。锆钛酸铅基压电陶瓷由于其同时具有较高的压电性能和良好的温度稳定性故被广泛的应用。然而，在锆钛酸铅基压电陶瓷中，铅的比重超过60％。由于铅及其化合物均具有剧毒，故在生产、储存和使用过程中，容易引起环境污染，并且损害人体健康。目前，铌酸钾钠基压电陶瓷的综合性能与锆钛酸铅基压电陶瓷的综合性能最为接近，尤其是逆压电效应。然而，由于相变温区的限制，铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的逆压电效应的温度稳定性较差，很难满足实际器件的使用要求。一些高性能铌酸钾钠基无铅压电陶瓷中往往含有钽(Ta)和铪(Hf)等价格昂贵的掺杂元素以及锑(Sb)等剧毒元素。基于成本以及环保等因素，这种高性能的无铅压电陶瓷无法大规模应用。因此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的新技术方案。根据本专利技术的第一方面，提供了一种三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。该陶瓷以下列通式I表示：(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3+zFe3O4(I)其中，x和y分别为Bi0.5Na0.5TiO3和Bi0.2Sr0.7SnO3所占化合物(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3摩尔百分数，z为Fe2O3为所占化合物(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3的质量百分数；其中，0＜x≤0.04，0.01≤y≤0.09，0.01≤z≤0.03。可选地，0.02≤x≤0.04，0.03≤y≤0.07,0.01≤z≤0.02。可选地，在室温下形成准同型相界。根据本公开的另一个实施例，提供了一种三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法。该方法包括：S1、配料：以K2CO3、Na2CO3、Nb2O5、Bi2O3、TiO2、SnO2以及SrCO3为原料，各种原料根据通式：(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3+zFe3O4的设定值进行称量配料，其中，x和y分别为Bi0.5Na0.5TiO3和Bi0.2Sr0.7SnO3所占化合物(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3摩尔百分数，其中，0＜x≤0.04，0.01≤y≤0.09；S2、制备：第一次粉末化处理：向配置好的上述原料中加入无水乙醇，以进行粉末化处理并混合均匀；第一次预烧：将混合均匀的原料加热到第一温度，以进行固相反应；第二次粉末化处理：向第一次预烧后原料中加入无水乙醇，并制备成粉末态；第二次预烧；将制备成粉末态的原料加热到第二温度，以生成钙钛矿结构；第三次粉末化处理：向第二次预烧后的原料中加入无水乙醇和设定质量的Fe3O4，并制备成粉末态，其中，z为Fe2O3为所占化合物(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3的质量百分数，0.01≤z≤0.03；造粒：向第三次粉末化处理并烘干后的物料中加入粘结剂，研磨均匀并进行造粒，并形成颗粒料；压制：将所述颗粒料装入模具中，并压制成设定形状的粗坯；排胶、烧结：将所述粗坯放置到加热装置中，在第三温度下进行排胶，并在第四温度下进行烧结，以获得致密的陶瓷元件；S3、极化：将陶瓷元件进行极化，以得到无铅压电陶瓷器件。可选地，在所述第一次预烧中，所述第一温度为850-1000℃，保温时间为1-3小时。可选地，在所述第二次预烧中，所述第二温度为950-1050℃，保温时间为1-3小时。可选地，所述粘结剂为聚乙烯醇的水溶液，所述聚乙烯醇的质量浓度为3％-10％。可选地，所述第三温度为400-600℃，保温时间为1-3小时；所述第四温度为1120-1200℃，保温时间为3-5小时。可选地，在极化之前，对所述无铅压电陶瓷元件的相背的两面进行被银和烧银，以形成银层，其中，所述烧银的温度为400-600℃，保温时间为20-40分钟，所述银层作为电极层。可选地，所述第一次粉末化处理、所述第二次粉末化处理和/或所述第三次粉末化处理采用球磨。根据本公开的一个实施例，该三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷具有优异的压电性能，而其逆压电效应更是具有良好的温度稳定性，通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。图1是根据本专利技术的一个实施例的三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法的流程图。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。根据本公开的一个实施例，提供了一种三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。该无铅压电陶瓷以下列通式I表示：(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3+zFe3O4(I)其中，x和y分别为Bi0.5Na0.5TiO3和Bi0.2Sr0.7SnO3所占化合物(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3摩尔百分数，z为Fe2O3为所占化合物(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3的质量百分数；其中，0＜x≤0.04，0.01≤y≤0.09，0.01≤z≤0.03。例如，x＝0.02，y＝0.05，z＝0.02，即Bi0.5Na0.5TiO3占化合物(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3摩尔百分数为0.02％,Bi0.2Sr0.7SnO3占化合物(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3摩尔百分数为0.05％,Fe2O3占化合物(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xB本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，以下列通式I表示：(1‑x‑y)K0.5Na0.5NbO3‑xBi0.5Na0.5TiO3‑yBi0.2Sr0.7SnO3+zFe3O4     (I)其中，x和y分别为Bi0.5Na0.5TiO3和Bi0.2Sr0.7SnO3所占化合物(1‑x‑y)K0.5Na0.5NbO3‑xBi0.5Na0.5TiO3‑yBi0.2Sr0.7SnO3摩尔百分数，z为Fe2O3为所占化合物(1‑x‑y)K0.5Na0.5NbO3‑xBi0.5Na0.5TiO3‑yBi0.2Sr0.7SnO3的质量百分数；其中，0＜x≤0.04，0.01≤y≤0.09，0.01≤z≤0.03。

【技术特征摘要】
1.一种三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，以下列通式I表示：(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3+zFe3O4(I)其中，x和y分别为Bi0.5Na0.5TiO3和Bi0.2Sr0.7SnO3所占化合物(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3摩尔百分数，z为Fe2O3为所占化合物(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3的质量百分数；其中，0＜x≤0.04，0.01≤y≤0.09，0.01≤z≤0.03。2.根据权利要求1所述的三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其中，0.02≤x≤0.04，0.03≤y≤0.07,0.01≤z≤0.02。3.根据权利要求1所述的三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其中，在室温下形成准同型相界。4.一种三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，包括：S1、配料：以K2CO3、Na2CO3、Nb2O5、Bi2O3、TiO2、SnO2以及SrCO3为原料，各种原料根据通式：(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3+zFe3O4的设定值进行称量配料，其中，x和y分别为Bi0.5Na0.5TiO3和Bi0.2Sr0.7SnO3所占化合物(1-x-y)K0.5Na0.5NbO3-xBi0.5Na0.5TiO3-yBi0.2Sr0.7SnO3摩尔百分数，其中，0＜x≤0.04，0.01≤y≤0.09；S2、制备：第一次粉末化处理：向配置好的上述原料中加入无水乙醇，以进行粉末化处理并混合均匀；第一次预烧：将混合均匀的原料加热到第一温度，以进行固...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵小波，俞胜平，高洪伟，
申请(专利权)人：歌尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37