一种NN基压电陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术一种NN基压电陶瓷的制备方法，其制备方法为在浆料体系中(以提前制备好的0.8625NaNbO

A preparation method of NN based piezoelectric ceramics

The invention relates to a preparation method of NN based piezoelectric ceramics, the preparation method of which is in the slurry system (0.8625nanbo prepared in advance

【技术实现步骤摘要】
一种NN基压电陶瓷的制备方法
本专利技术涉及一种NN基压电陶瓷的制备方法，属于压电陶瓷领域。
技术介绍
最近，在具有温度不敏感压电性能的NaNbO3(NN)基陶瓷中报道了由R和T相组成的MPB，这表明它在实际应用中具有很大的潜力。许多研究人员研究了类似的陶瓷，如0.875NaNbO3-0.1BaTiO3-0.025CaZrO3，(0.9-x)NaNbO3-0.1BaTiO3-xBaZrO3/NaSrO3和(K0.470Na0.545)(Nb0.55Ta0.45)O3在无铅NaNbO3基陶瓷的准均匀相界(MPB)区域，并且所有这些都表现出优异的性能。但是都只是通过传统的固相烧结技术。传统的固相烧结制备出来的压电陶瓷形状不可改变，大批量工艺化生产较难，同时更重要的是压电陶瓷性能不够均一，应变需要大的驱动电场下才能展现出来，从而限制了他们的应用。最近，刘百辉等人采用TGG法制备织构无铅0.99(K0.5Na0.5)0.95Li0.05Nb0.93Sb0.07O3-0.01CaZrO3(0.99KNLNS-0.01CZ)陶瓷。织构化的0.99KNLNS-0.01CZ陶瓷仍保持高Curie温度，并显示出优异的温度稳定性。在织构化样品中获得了高的Lotgering因子(f>85％)和大的压电常数d33(310pC/N)，与随机取向的样品相比，这几乎是两倍。使用相同的方法，姜超等使用单晶NBT-7BT模板制备0.93Na0.5Bi0.5TiO3-0.07BaTiO3(NBT-7BT)。NBT-7BT陶瓷的晶粒取向度为89％，具有优异的驱动性能，在7kV/mm下显示出高达0.7％的自由应变。此外，刘迎春等人甚至报道在具有BT模板的改性(Ba0.94Ca0.06)-(Ti0.95Zr0.05)O3(BCTZ)陶瓷中具有更大的压电性(d33＝755pC/N)。织构技术可以在固相烧结的基础上继续提高压电陶瓷的压电性能。然而，目前尚未有具有稳定的R-T的准同型相界的NaNbO3(NN)基陶瓷采用织构技术制备的报道。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具有优异压电性能的织构化NN基压电陶瓷的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术一种NN基压电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：1)浆料的配取将0.8625NaNbO3-0.1BaTiO3-0.0375SrZrO3(0.8625NN-0.1BT-0.0375SZ，NN-BT-SZ)陶瓷基体粉末、磷酸三乙酯加入溶剂中，进行第一次球磨混合，获得混合液，在混合液中加入聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙二醇(PEG)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)进行第二次球磨混合获得陶瓷浆料，然后在陶瓷浆料中加入NaNbO3(NN)籽晶进行第三次球磨，获得待用浆料；所述陶瓷浆料中，陶瓷基体粉体的质量分数为35％～55％；所述NN籽晶的加入量为陶瓷基体粉末质量的1wt％～5wt％；2)流延成型将步骤3)得到的待用浆料，使用流延刮刀在玻璃板上进行流延，获得压电厚膜，干燥后，用刀片切割压电厚膜，层叠压电厚膜，热压成型获得陶瓷生坯；3)烧结生成织构化陶瓷将陶瓷生坯先于550-650℃热处理4-7h，再以5℃/min的速率继续升温，于1200-1300℃下烧结20-50h，即获得0.8625NN-0.1BT-0.0375SZ织构化陶瓷。在本专利技术中通过织构技术获得了0.8625NN-0.1BT-0.0375SZ织构化陶瓷，得到的织构化陶瓷压电性能优异，压电常数d33可达315pC/N，高于未织构的样品以及固相烧结所得样品，温度稳定性能好。首先本专利技术所制备的目标产物为0.8625NN-0.1BT-0.0375SZ织构化陶瓷，对于NN-BT-SZ陶瓷，当BT含量为0.1时，NN陶瓷中形成正交相与铁电四方相共存的结构，该结构组成具有优异的压电性能。SZ作为三方相稳定剂加入使得陶瓷可以获得稳定的R—T的准同型相界，在SZ含量为0.0375-0.0425时使得压电性能更为优异佳，而专利技术人发现，当SZ含量为0.0375时，再结合本专利技术的制备方法，所得压电陶瓷的压电性能最佳。专利技术人发现，首先浆料的配取是基础，在浆料中添加磷酸三乙酯作为分散剂，分散剂磷酸三乙酯可以使陶瓷粉末更好的分散进入溶剂中，调整浆料的PH和颗粒表面电荷，粘结剂为PVB以促进浆料形成压电厚膜，增塑剂为(DBP、PEG)，与粘接剂良好兼容，使压电厚膜易于弯曲增加延展性。在上述浆料体系下，可获得具有可控流动的，均匀性一致的陶瓷浆料，加入NN籽晶模板后，通过流延获得致密平整的压电厚膜。另外，在浆料配取过程中，通过多次球磨才能获得所需性能的陶瓷浆料，通过第一次使陶瓷粉体能够很好的溶解进溶剂中，第二次球磨可以使得均匀的浆料粘度等特性达到适合流延的程度，而如果只进行一次球磨无法得到足够均匀的浆料体系。优选的方案，所述3陶瓷基体粉体的制备过程为：以Na2CO3，Nb2O5，BaCO3，TiO2，SrCO3和ZrO2为原料，按0.8625NN-0.1BT-0.0375SZ分子式计量比称量，在转速250-300r/min下，以酒精作为球磨介质进行球磨混合20-26h获得混合料，然后将混合料于800-1000℃下煅烧4-6h，最终将煅烧后粉末于转速250-300r/min下球磨20-26h，即获得0.8625NN-0.1BT-0.0375SZ陶瓷基体粉体。在本专利技术中，原料均采用高纯的原料。优选的方案，步骤1)中，所述溶剂为甲苯和/或乙醇，所述陶瓷浆料中，溶剂与陶瓷基体粉体的液固体积质量比为0.8～1.5ml:1g，作为进一步的优选，所述溶剂为甲苯与乙二醇的混合溶剂，混合溶剂中，按体积比计，乙醇：二甲苯＝3-4:6-7。专利技术人发现，采用甲苯与乙醇的混合溶剂即可以具有很好的避免溶剂挥发过快，影响后续流延，又可以对陶瓷粉体具有优异的分散性。优选的方案，步骤1)中，所述陶瓷浆料中，磷酸三乙酯与陶瓷基体粉体的液固体积质量比为0.004～0.0085ml:1g，聚乙二醇与陶瓷基体粉体的液固体积质量比为0.15～0.2ml:1g；邻苯二甲酸二丁酯与陶瓷基体粉体的液固体积质量比为0.05～0.07ml:1g；聚乙烯醇缩丁醛与陶瓷基体粉体的质量比为0.05～0.1ml。在本专利技术中，陶瓷浆料中的成份配比也是至关重要的，粘结剂过多会导致陶瓷烧结后陶瓷致密度较差，孔隙较多。过少会导致无法形成稳定浆料，不与玻璃板紧密结合；增塑剂过少会导致样品塑性较差易破碎，无法形成稳定的压电厚膜，过多会导致弹性较好在叠层时容易被人工拉长，导致压电厚膜变形。优选的方案，步骤1)中，第一次球磨的转速为200-250r/min，时间为20-26h；第二次球磨的转速为250-350r/min，时间为20-26h，第三次球磨的转速为250-350r/min，时间为4-6h。在实际操作过程中，三次球磨后所得待用浆料需进行抽真空除气泡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NN基压电陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)浆料的配取/n将0.8625NN-0.1BT-0.0375SZ陶瓷基体粉末、磷酸三乙酯加入溶剂中，进行第一次球磨混合，获得混合液，在混合液中加入聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯进行第二次球磨混合获得陶瓷浆料，然后在陶瓷浆料中加入NN籽晶进行第三次球磨，获得待用浆料；/n所述陶瓷浆料中，陶瓷基体粉体的质量分数为35％～55％；/n所述NN籽晶的加入量为陶瓷基体粉末质量的1wt％～5wt％；/n2)流延成型/n将步骤3)得到的待用浆料，使用流延刮刀在玻璃板上进行流延，获得压电厚膜，干燥后，用刀片切割压电厚膜，层叠压电厚膜，热压成型获得陶瓷生坯；/n3)烧结生成织构化陶瓷/n将陶瓷生坯先于550-650℃热处理4-7h，再以4-6℃/min的速率继续升温，于1200-1300℃下烧结20-50h，即获得0.8625NN-0.1BT-0.0375SZ织构化陶瓷。/n

【技术特征摘要】
1.一种NN基压电陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)浆料的配取
将0.8625NN-0.1BT-0.0375SZ陶瓷基体粉末、磷酸三乙酯加入溶剂中，进行第一次球磨混合，获得混合液，在混合液中加入聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯进行第二次球磨混合获得陶瓷浆料，然后在陶瓷浆料中加入NN籽晶进行第三次球磨，获得待用浆料；
所述陶瓷浆料中，陶瓷基体粉体的质量分数为35％～55％；
所述NN籽晶的加入量为陶瓷基体粉末质量的1wt％～5wt％；
2)流延成型
将步骤3)得到的待用浆料，使用流延刮刀在玻璃板上进行流延，获得压电厚膜，干燥后，用刀片切割压电厚膜，层叠压电厚膜，热压成型获得陶瓷生坯；
3)烧结生成织构化陶瓷
将陶瓷生坯先于550-650℃热处理4-7h，再以4-6℃/min的速率继续升温，于1200-1300℃下烧结20-50h，即获得0.8625NN-0.1BT-0.0375SZ织构化陶瓷。


2.根据权利要求1所述的一种NN基压电陶瓷的制备方法，其特征在于：所述按陶瓷基体粉体的制备过程为，以Na2CO3，Nb2O5，BaCO3，TiO2，SrCO3和ZrO2为原料，按0.8625NN-0.1BT-0.0375SZ分子式计量比称量，在转速250-300r/min下，以酒精作为球磨介质进行球磨混合20-26h获得混合料，然后将混合料于800-1000℃下煅烧4-6h，最终将煅烧后粉末于转速250-300r/min下球磨20-26h，即获得按0.8625NN-0.1BT-0.0375SZ陶瓷基体粉体。


3.根据权利要求1所述的一种NN基压电陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述溶剂为二甲苯和/或乙醇，所述陶瓷浆料中，溶剂与陶瓷基体粉体的液固体积质量比为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：张斗，张少峰，袁晰，周学凡，闫明洋，周科朝，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43