一种具有高压电和高铁电性能的KNN基陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高压电和高铁电性能的KNN基陶瓷及其制备方法，属于压电材料的技术领域。本发明专利技术要解决现有KNN基陶瓷压电性能和铁电性能差的技术问题。本发明专利技术所述KNN基陶瓷的通式为(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3:0.1％MnO2。本发明专利技术在KNN陶瓷中掺杂了Li2CO3、Ta2O5、MnO2金属，通过在1126℃下烧结下制成。本发明专利技术中的(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3:0.1％MnO2陶瓷的压电性能d33＝251pC/N，自发极化强度为Ps＝25.525μC/cm

A KNN-based ceramics with high piezoelectric and ferroelectric properties and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种具有高压电和高铁电性能的KNN基陶瓷及其制备方法
本专利技术属于压电材料的
；具体涉及一种具有高压电和高铁电性能的KNN基陶瓷及其制备方法。
技术介绍
压电材料主要应用在医疗、工业检测、铁路运输、海洋通讯与探测、核电站安全、航天航空精密传动等领域。由于之前人们所研究的大部分是铅基压电材料，但铅基压电材料会对环境造成严重的污染，使得无铅压电陶瓷成为了当今社会研究的主流。无铅压电材料主要包括BaTiO3基、Bi1/2Na1/2TiO3(BNT)基、铋层状结构、(K,Na)NbO3基(KNN)材料。其中，铌酸钾钠(KNN)基陶瓷是由反铁电体NaNbO3和铁电体KNbO3固溶而成的具有钙钛矿结构的压电材料。当K：Na＝1：1时，为该体系的准同型相界。其室温下为正交相。KNN陶瓷具有居里温度高(约为420℃)，压电常数高(约为120～160pC/N)，机电耦合性能高等优点，但是它也有一系列的缺点：压电性能无法达到商业化的要求，烧结温区较窄(约为10℃～20℃)，难以成瓷，导致普通的烧结制备困难；高温烧结KNN陶瓷时，K+与Na+容易挥发，导致陶瓷的铁电性较差，同时还导致陶瓷的致密性较差，影响陶瓷的漏电流较大。虽然二元体系KNLNT陶瓷的压电性能虽然比纯KNN基陶瓷的有了一些提高，但是与实际应用还是有着相当的距离的。
技术实现思路
本专利技术要解决现有KNN基陶瓷压电性能和铁电性能差从而导致其很难实际应用的技术问题；而提供了一种具有高压电和高铁电性能的KNN基陶瓷及其制备方法。了解决上述技术问题，本专利技术中一种具有高压电和高铁电性能的KNN基陶瓷的通式为(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3:0.1％MnO2；所述KNN基陶瓷制备方法是通过下述步骤进行的：步骤一、按照(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3的化学计量比分别称量原料Na2CO3、K2CO3、Nb2O5、Li2CO3、Ta2O5，然后用无水乙醇湿法球磨，烘干后研磨，压片；步骤二、然后置于氧化铝坩埚中，在900℃条件下保温4h，研碎；步骤三、然后加入K2CO3、Na2CO3、MnO2，研磨至均匀，再加入无水乙醇，湿法球磨，烘干；步骤四、加入PVA胶液后研磨至均匀，在干燥环境下放置，依次过100目和160目筛，选取100目～160目的粉体进行压片处理，得到料片A；步骤五、向氧化铝坩埚中均匀地铺上一层步骤四通过160目筛的粉料，然后放入步骤四获得的料片A，再在料片A的上表面上均匀地铺上一层步骤四通过160目筛的粉料；步骤六、然后在1126℃下烧结，保温5h，随炉冷却至室温，得到KNN基陶瓷；其中，步骤三中K2CO3加入量是步骤一所述原料总重量的1.5％，Na2CO3加入量是步骤一所述原料总重量的1.5％，MnO2加入量是步骤一所述原料总重量的0.1％。进一步地限定，步骤一中球磨工艺参数：转速为300r/min，球磨时间为12h，球料比1:3。进一步地限定，步骤一在80℃条件下烘干。进一步地限定，步骤三中球磨工艺参数：转速为300r/min，球磨时间为12h，球料比1:3。进一步地限定，步骤三所述PVA胶液浓度为5wt％，是由PVA和水配置的。进一步地限定，步骤三按1g粉体加入1滴PVA胶液配比加入PVA胶液。进一步地限定，步骤三中在干燥环境下放置12h。本专利技术中的(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3:0.1％MnO2陶瓷的压电性能d33＝251pC/N，自发极化强度为Ps＝25.525μC/cm2，而(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3陶瓷的d33＝150pC/N，自发极化强度为Ps＝19.862μC/cm2。本专利技术改善了(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3陶瓷的压电性能并提高了其铁电性能。同时，(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3:0.1％MnO2陶瓷的矫顽场也出现了一定程度的减小，Ec＝10.77kV/cm，进一步缓解了该体系陶瓷极化困难的问题。附图说明图1是(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3的P-E曲线；图2是(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3:0.1％MnO2的P-E曲线；图3是(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3陶瓷的XRD图谱；图4是(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3:0.1％MnO2陶瓷的XRD图谱；图5是(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3陶瓷极化后的介电温谱；图6是(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3:0.1％MnO2陶瓷极化后的介电温谱，图6中1——εr，2——tanδ。具体实施方式实施例1：本实施例中一种具有高压电和高铁电性能的KNN基陶瓷的通式为(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3:0.1％MnO2；其具体是通过下述步骤制备的：步骤一、按照(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3的化学计量比分别称量原料质量纯度为99.50％Na2CO3、质量纯度为99.00％的K2CO3、质量纯度为99.90％Nb2O5、质量纯度为99.99％的Li2CO3、质量纯度为99.50％的Ta2O5，然后用无水乙醇湿法球磨，在80℃下烘干10h后研磨10min，压片；步骤一中球磨工艺参数：转速为300r/min，球磨时间为12h，球料比1:3。步骤二、然后置于氧化铝坩埚中，在900℃条件下保温4h，研碎；步骤三、然后加入质量纯度为99.00％的K2CO3、质量纯度为99.50％的Na2CO3、质量纯度为99.9％的MnO2，研磨至均匀，再加入无水乙醇，湿法球磨，在80℃下烘干10h；步骤一中球磨工艺参数：转速为300r/min，球磨时间为12h，球料比1:3。步骤四、按1g粉体(是指步骤三处理后的粉体)加入1滴PVA胶液配比加入PVA胶液加入浓度为5wt％的PVA胶液后研磨至均匀，在干燥环境下放置12h，依次过100目和160目筛，选取100目～160目的粉体(即粒径在0.097～0.15mm的粉体)进行压片处理，得到料片A；步骤五、向氧化铝坩埚中均匀地铺上一层步骤四通过160目筛的粉料，然后放入步骤四获得的料片A，再在料片A的上表面上均匀地铺上一层步骤四通过160目筛的粉料；步骤六、然后在1126℃下烧结，保温5h，随炉冷却至室温，得到KNN基陶瓷；其中，步骤三中K2CO3加入量是步骤一所述原料总重量的1.5％，Na2CO3加入量是步骤一所述原料总重量的1.5％，MnO2加入量是步骤一所述原料总重量的0.1％。不同KNN基陶瓷的压电性能如表1所示：表1各陶瓷的压电性能CeramicsKNNKNLNTKNLNT-0.1MnO2d33(pC/N)80165251由表1可知纯的KNN陶瓷的压电性能为d33＝80pC/N，(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3陶瓷的压电性能为d33＝165pC/N，(K0.48Na本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高压电和高铁电性能的KNN基陶瓷，其特征在于所述KNN基陶瓷的通式为(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3:0.1％MnO2。

【技术特征摘要】
1.一种具有高压电和高铁电性能的KNN基陶瓷，其特征在于所述KNN基陶瓷的通式为(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3:0.1％MnO2。2.如权利要求1所述的一种具有高压电和高铁电性能的KNN基陶瓷的制备方法，其特征在于所述制备方法是通过下述步骤实现的：步骤一、按照(K0.48Na0.48Li0.04)(Nb0.8Ta0.2)O3的化学计量比分别称量原料Na2CO3、K2CO3、Nb2O5、Li2CO3、Ta2O5，然后用无水乙醇湿法球磨，烘干后研磨，压片；步骤二、然后置于氧化铝坩埚中，在900℃条件下保温4h，研碎；步骤三、然后加入K2CO3、Na2CO3、MnO2，研磨至均匀，再加入无水乙醇，湿法球磨，烘干；步骤四、加入PVA胶液后研磨至均匀，在干燥环境下放置，依次过100目和160目筛，选取100目～160目的粉体进行压片处理，得到料片A；步骤五、向氧化铝坩埚中均匀地铺上一层步骤四通过160目筛的粉料，然后放入步骤四获得的料片A，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴丰民，张春晓，王军军，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23