一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制作工艺与应用制造技术

本发明专利技术涉及一种铌酸钾钠(KNN)基无铅压电陶瓷及其制作工艺与其在屏幕发声元件中的应用。本发明专利技术公开了一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，采用复合掺杂的方法，通过工艺调节，制备成致密度高、压电响应大的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。本发明专利技术同时提供一种采用上述铌酸钾钠无铅压电陶瓷制作的屏幕发声元件，通过压电阵列的设计，可实现屏幕定点发声。

A potassium sodium niobate based lead-free piezoelectric ceramic and its manufacturing process and Application

【技术实现步骤摘要】
一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制作工艺与应用
本专利技术涉及无铅压电陶瓷技术及屏幕发声
，具体涉及一种铌酸钾钠(KNN)基无铅压电陶瓷及其制作工艺与其在屏幕发声元件中的应用。
技术介绍
屏幕发声技术是利用设置在手机内部的振动器的振动带动屏幕振动，以产生声波，传送入人耳。采用屏幕发声技术可以实现全面屏手机外观无孔化的需求，最大程度提高手机的屏占比。现有屏幕发声技术是将振动器贴合在手机中框，振动器通过带动中框振动来使屏幕振动，发声效果并不理想。此外，目前使用的压电振动元件都是采用锆钛酸铅(PZT)基压电材料制造的，锆钛酸铅材料中铅元素占比将近70％，而含铅材料在生产、使用以及废弃处理过程中都会严重损害人类健康和生态环境。基于上述情况，本专利技术提出了一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制作工艺与应用，可有效解决以上问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制作工艺与应用。本专利技术的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，采用复合掺杂的方法，通过工艺调节，制备成致密度高、压电响应大的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷；由所述铌酸钾钠无铅压电陶瓷制备屏幕发声元件，通过压电阵列的设计，可实现屏幕定点发声。本专利技术通过下述技术方案实现：一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的化学组成为(1-x)(KaNabLi1-a-b)NbO3+x(Bi0.5Ag0.5)TiO3；其中，所述a,b,x为摩尔百分比，0.4≤a≤0.6，0.4≤b≤0.6，0.01≤x≤0.3。本专利技术还提供一种所述的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，包括下列步骤：(1)原料除水：将碳酸钾、碳酸钠、五氧化二铌、碳酸锂、三氧化二铋、二氧化钛和氧化银放入培养皿，置于烘箱内，在150-200℃下保温3-6h，去除原料中的水分；(2)混料：根据化学组成配比原料，分散于无水乙醇中，采用球磨进行混合，球磨转速300-600rpm，球磨时间为24-48h，混合均匀后烘干，粉碎过筛，制成干粉；(3)预烧：将干粉置于箱式炉中连续升温至750-950℃，保温12-24h，降温至室温后粉碎过筛，得到预烧粉；(4)烧结：将预烧粉干压成型为陶瓷生坯，在烧结炉中于1100-1300℃下保温6-18h，得到致密的压电陶瓷片；(5)加工：将烧结致密的压电陶瓷片加工至所需尺寸；(6)被银：在陶瓷片两侧涂覆一层均匀的银浆，厚度为0.1±0.01mm，在200℃下烘干，然后在热处理炉中升温至600-800℃，保温30min降至室温，得到均匀致密的银电极层；(7)极化：将镀银的陶瓷片标注正负极，然后放入装有硅油的极化装置中，油浴加热至80-160℃，在2-6kV/mm的电压下极化30min，然后在室温下放置24h老化，得到所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。本专利技术还提供采用所述的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷制作的屏幕发声元件，其特征在于：所述屏幕发声元件包括从下至上依次设置的基板、下电极层、压电振动单元层、上电极层、匹配层、屏幕。优选的，所述基板用于为屏幕发声元件提供硬性支撑；在所述基板上设有智能控制单元，用于精确控制压电振动单元的工作状态。优选的，所述下电极层设置于基板上表面，包括压电振动单元层中各个振动单元的下电极。优选的，所述压电振动单元层设置于下电极层上方，包含按预设图案排布的压电陶瓷阵列，其中每个振动单元之间是相互独立的；所述压电陶瓷阵列的材料即为所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。优选的，所述下电极层的形状与所述压电振动单元层保持一致。优选的，所述上电极层设置于压电振动单元层上方，包括压电振动单元层中各个振动单元的上电极；所述上电极层的形状与压电振动单元层保持一致。优选的，所述匹配层设置于上电极层上方，用于将压电振动单元产生的振动传递至屏幕的指定位置。优选的，所述匹配层的形状与所述压电振动单元层的形状类似，为阵列结构。所述匹配层与振动单元层的区别是，每个单元并不是独立的，而是相互连接形成一体。优选的，所述匹配层为金属材质。优选的，所述屏幕为OLED面板，OLED面板具有柔性，可以很好地对声音进行反馈；同时OLED面板材质比较轻薄，能够比较容易被驱动和实现振动发声。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本专利技术采用复合掺杂的方法具备下述有益效果：1)通过工艺调节，制备成致密度高、压电响应大的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的压电常数d33在350pC/N以上，d33*在450pm/V以上，由此制备的屏幕发声元件，驱动电压低，振动相应大，发声效果好；2)本专利技术提供的屏幕发声元件中各个压电振动单元可独立进行控制，从而实现屏幕的定点发声；3)本专利技术采用铌酸钾钠基无铅压电陶瓷取代传统的含铅压电材料作为屏幕发声装置的核心元件，绿色环保，可有效避免压电陶瓷材料在生产、使用和废弃过程中带来的铅污染，减少对人类健康和环境的损害。附图说明图1为本专利技术提供的屏幕发声元件的结构示意图。图2为本屏幕发声元件中压电振动单元层与下、上电极层的平面示意图。图3为本元件中匹配层的平面示意图，图中黑色粗实线为镂空部分。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合具体实施例对本专利技术的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。实施例1：一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的化学组成为(1-x)(KaNabLi1-a-b)NbO3+x(Bi0.5Ag0.5)TiO3；其中，所述a,b,x为摩尔百分比，0.4≤a≤0.6，0.4≤b≤0.6，0.01≤x≤0.3。实施例2：一种所述的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，包括下列步骤：(1)原料除水：将碳酸钾、碳酸钠、五氧化二铌、碳酸锂、三氧化二铋、二氧化钛和氧化银放入培养皿，置于烘箱内，在150-200℃下保温3-6h，去除原料中的水分；(2)混料：根据化学组成配比原料，分散于无水乙醇中，采用球磨进行混合，球磨转速300-600rpm，球磨时间为24-48h，混合均匀后烘干，粉碎过筛，制成干粉；(3)预烧：将干粉置于箱式炉中连续升温至750-950℃，保温12-24h，降温至室温后粉碎过筛，得到预烧粉；(4)烧结：将预烧粉干压成型为陶瓷生坯，在烧结炉中于1100-1300℃下保温6-18h，得到致密的压电陶瓷片；(5)加工：将烧结致密的压电陶瓷片加工至所需尺寸；(6)被银：在陶瓷片两侧涂覆一层均匀的银浆，厚度为0.1±0.01mm，在200℃下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其特征在于：所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的化学组成为(1～x)(K

【技术特征摘要】
1.一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其特征在于：所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的化学组成为(1～x)(KaNabLi1～a～b)NbO3+x(Bi0.5Ag0.5)TiO3；其中，所述a,b,x为摩尔百分比，0.4≤a≤0.6，0.4≤b≤0.6，0.01≤x≤0.3。


2.一种如权利要求1所述的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：
(1)原料除水：将碳酸钾、碳酸钠、五氧化二铌、碳酸锂、三氧化二铋、二氧化钛和氧化银放入培养皿，置于烘箱内，在150～200℃下保温3～6h，去除原料中的水分；
(2)混料：根据化学组成配比原料，分散于无水乙醇中，采用球磨进行混合，球磨转速300～600rpm，球磨时间为24～48h，混合均匀后烘干，粉碎过筛，制成干粉；
(3)预烧：将干粉置于箱式炉中连续升温至750～950℃，保温12～24h，降温至室温后粉碎过筛，得到预烧粉；
(4)烧结：将预烧粉干压成型为陶瓷生坯，在烧结炉中于1100～1300℃下保温6～18h，得到致密的压电陶瓷片；
(5)加工：将烧结致密的压电陶瓷片加工至所需尺寸；
(6)被银：在陶瓷片两侧涂覆一层均匀的银浆，厚度为0.1±0.01mm，在200℃下烘干，然后在热处理炉中升温至600～800℃，保温30min降至室温，得到均匀致密的银电极层；
(7)极化：将镀银的陶瓷片标注正负极，然后放入装有硅油的极化装置中，油浴加热至80～160℃，在2～6kV/mm的电压下极化30min，然后在室温下放置24...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚文，吴超峰，
申请(专利权)人：桐乡清锋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33