一种透明无铅压电陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及非金属材料领域，且特别涉及一种透明无铅压电陶瓷材料及其制备方法。该透明无铅压电陶瓷材料及其制备方法，设计了一种新的无铅压电陶瓷材料，其组成为(Na1‑x‑y‑zKzLiyCax)Nb1‑xSnxO3(其中x＝0.02～0.08,y＝0.02～0.10,z＝0.35～0.55)，该材料易烧结，对光的透过率高，压电性能好。采用了一种新的两步烧结的方法，即首先在较低温度下真空加压烧结，然后在正常烧结温度下通氧加压烧结，效果好于普通的加压烧结方法。

【技术实现步骤摘要】
一种透明无铅压电陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及非金属材料领域，且特别涉及一种透明无铅压电陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
铌酸钾钠((Na0.5K0.5)NbO3或KNN)无铅压电单晶具有大的光折射率、高的光电系数和二级倍频系数，可广泛应用于光学器件领域，并且由于其不包含重金属元素铅，与锆钛酸铅系(如锆钛酸铅镧)压电材料相比，更为环保。但是，单晶生产过程时间长，对设备要求高，能耗大，因而价格比较昂贵，并且由于钾钠离子性质的差异，单晶生长过程中成分容易偏析，很难制备组成均匀的大尺寸单晶。铌酸钾钠陶瓷也具有很好的铁电、压电和热释电性能，而且容易制备。然而，由于晶粒界面、气孔等对光的散射，该陶瓷一般不透明，无法用于光学领域。针对铌酸钾钠压电陶瓷不易透明的问题，目前发展的技术方案主要包括以下两种：1)通过掺杂，调整组分，使其更易烧结，但是现有的调整方案在提高透光性的同时，往往无助于压电性能的提高，甚至降低了压电性能；2)通过加压烧结降低晶粒尺寸，提高致密度，但是效果有时仍然不是很理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种透明无铅压电陶瓷材料，提高了光透过率，同时也较大幅度地提高了压电性能。本专利技术的第二目的在于提供一种透明无铅压电陶瓷材料的制备方法，能够提高透明无铅压电陶瓷材料的致密度，制备方法操作简单。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：本专利技术提供了一种透明无铅压电陶瓷材料，透明无铅压电陶瓷材料的化学式(Na1-x-y-zKzLiyCax)Nb1-xSnxO3(其中x＝0.02～0.08,y＝0.02～0.10,z＝0.35～0.55)。本专利技术还提供一种透明无铅压电陶瓷材料的制备方法，按照化学式(Na1-x-y-zKzLiyCax)Nb1-xSnxO3，其中x＝0.02～0.08,y＝0.02～0.10,z＝0.35～0.55，中的Na、K、Li、Ca、Nb以及Sn的摩尔比计算原料碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二铌、以及氧化锡的质量分数，根据多种原料的质量分数称量碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二铌、以及氧化锡，将称量好的多种原料混合后煅烧制得。本专利技术有益效果是：本专利技术提供的透明无铅压电陶瓷材料，透明无铅压电陶瓷材料的化学式(Na1-x-y-zKzLiyCax)Nb1-xSnxO3(其中x＝0.02～0.08,y＝0.02～0.10,z＝0.35～0.55)。通过对(Na0.5K0.5)NbO3掺杂LiNbO3和CaSnO3，不但大大提高了光透过率，同时也较大幅度地提高了压电性能。本专利技术提供一种透明无铅压电陶瓷材料的制备方法，对原料碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二铌、以及氧化锡，煅烧制得。在加压烧结过程中，采用了两步法，即首先在较低温度下真空加压烧结，然后在正常烧结温度下通氧加压烧结，提高了透明无铅压电陶瓷材料致密度，效果好于普通的加压烧结方法。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术实施例1制备得到的透明无铅压电陶瓷材料的断面扫描电镜图；图2为本专利技术实施例2制备得到的透明无铅压电陶瓷材料的压电性能图；图3为本专利技术实施例3制备得到的透明无铅压电陶瓷材料的各个组分对其透过率的影响图；图4为本专利技术实施例4制备透明无铅压电陶瓷材料时，烧结方法对陶瓷透过率的影响。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下面对本专利技术实施例的一种透明无铅压电陶瓷材料及其制备方法进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种透明无铅压电陶瓷材料。一种透明无铅压电陶瓷材料，其化学式为(Na1-x-y-zKzLiyCax)Nb1-xSnxO3，其中x＝0.02～0.08,y＝0.02～0.10,z＝0.35～0.55。上述的透明无铅压电陶瓷材料主要由多种原料制成。其中多种原料包括：碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二铌以及氧化锡。五氧化二铌(Nb2O5)，呈白色粉末状。不溶于水，难溶于酸，能溶于熔融硫酸氢钾或碱金属的碳酸盐、氢氧化物中。用作拉铌酸镍单晶，制特种光学玻璃、高频和低频电容器及压电陶瓷元件。也用于生产铌铁和特殊钢需要的各种铌合金。是制取铌及其化合物的原料。还用作催化剂、耐火材料。将五氧化二铌(Nb2O5)用于制造透明无铅压电陶瓷，能够有效地提高透明无铅压电陶瓷的光透过率，同时也较大幅度地提高了压电性能。氧化锡(化学式：SnO2，式量：150.71)白色、淡黄色或淡灰色四方、六方或斜方晶系粉末。熔点1630℃，沸点1800℃。同时是一种优秀的透明导电材料。它是第一个投入商用的透明导电材料，为了提高其导电性和稳定性，常进行掺杂使用，如SnO2：Sb、SnO2：F等。将氧化锡(SnO2)用于制造透明无铅压电陶瓷，能够进一步地提高透明无铅压电陶瓷的光透过率。碳酸钠(Na2CO3)，分子量105.99。化学品的纯度多在99.5％以上(质量分数)，又叫纯碱，但分类属于盐，不属于碱。国际贸易中又名苏打或碱灰。它是一种重要的有机化工原料，主要用于平板玻璃、玻璃制品和陶瓷釉的生产。还广泛用于生活洗涤、酸类中和以及食品加工等。碳酸钾(K2CO3)白色结晶粉末。密度2.428g/cm3。熔点891℃，沸点时分解，相对分子量138.21。溶于水，水溶液呈碱性，不溶于乙醇、丙酮和乙醚。吸湿性强，暴露在空气中能吸收二氧化碳和水分，转变为碳酸氢钾，应密封包装。水合物有一水物、二水物、三水物。碳酸钾水溶液呈碱性。不溶于乙醇及醚。选取氧化锡、五氧化二铌、碳酸钠、碳酸钾等作为原料来制备透明无铅压电陶瓷材料，有利于获得较大的光折射率、高的光电系数和二级倍频系数的陶瓷材料，避免了传统的压电陶瓷中的重金属元素铅，对环境和人体带来的危害，更为环保。本专利技术的一些实施方式还提供一种透明无铅压电陶瓷材料的制备方法。包括以下步骤：S1、按照化学式(Na1-x-y-zKzLiyCax)Nb1-xSnxO3，其中x＝0.02～0.08,y＝0.02～0.10,z＝0.35～0.55，中的Na、K、Li、Ca、Nb以及Sn的摩尔比计算原料碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二铌、以及氧化锡的质量分数，根据多种原料的质量分数称量碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二铌、以及氧化锡，将称量好的多种原料混合后煅烧制得。具体地，根据上述的化学式计算出对应的原料碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二铌、以及氧化锡的摩尔比，然后再计算出各个原料的质量分数，进而对应称量原料碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二铌、以及氧化锡，以备后续的煅烧步骤。进一步地，煅烧温度700～950℃。具体地，将上述的各个原料经过称量、混合、研磨、干燥，后置于高温炉中煅烧，并且选择煅烧温度700～950℃。在上述的温度范围内，不仅能够煅烧获得良好的透明无铅压电陶瓷材料，而且不会造成能源的浪费。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透明无铅压电陶瓷材料，其特征在于，所述透明无铅压电陶瓷材料的化学式(Na1‑x‑y‑zKzLiyCax)Nb1‑xSnxO3，其中x＝0.02～0.08,y＝0.02～0.10,z＝0.35～0.55。

【技术特征摘要】
1.一种透明无铅压电陶瓷材料，其特征在于，所述透明无铅压电陶瓷材料的化学式(Na1-x-y-zKzLiyCax)Nb1-xSnxO3，其中x＝0.02～0.08,y＝0.02～0.10,z＝0.35～0.55。2.根据权利要求1所述的透明无铅压电陶瓷材料，其特征在于，所述透明无铅压电陶瓷材料主要由多种原料制成，所述多种原料包括：碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二铌以及氧化锡。3.一种透明无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，按照化学式(Na1-x-y-zKzLiyCax)Nb1-xSnxO3，其中x＝0.02～0.08,y＝0.02～0.10,z＝0.35～0.55，中的Na、K、Li、Ca、Nb以及Sn的摩尔比计算原料碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二铌、以及氧化锡的质量分数，根据所述多种原料的所述质量分数称量所述碳酸钠、所述碳酸钾、所述碳酸锂、所述碳酸钙、所述五氧化二铌、以及所述氧化锡，将称量好的所述多种原料混合后煅烧制得。4.根据权利要求3所述的透明无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾大国，林超，张静雅，杜建周，许剑光，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32