一种KNN基无铅压电陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及陶瓷材料领域，具体为一种KNN基无铅压电陶瓷及其制备方法，其化学结构式如下所示：(Na

【技术实现步骤摘要】
一种KNN基无铅压电陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷材料领域，具体涉及一种KNN基无铅压电陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]压电陶瓷是一种能够将机械能和电能转换的具有压电效应的功能材料，广泛应用于电子、机械等各种领域，目前大规模使用的压电陶瓷材料体系主要是铅基压电陶瓷。铅基压电陶瓷具有优异的压电性能，并且可以通过掺杂取代来调节其性能以满足不同需求，但是这些陶瓷材料中含有大量对人体和环境有害的铅，目前环境保护问题日益引起人们的关注，压电陶瓷材料将最终实现无铅化，因而环境友好型无铅压电陶瓷成为研究的热点。
[0003]其中铌酸钾钠基无铅压电陶瓷以其相对优越的压电性能和较高的居里温度倍受关注，但是由于自身存在采用传统陶瓷工艺难烧结致密等问题。为了解决该缺陷、优化其性能、拓宽其应用范围，对其进行成分调控改性成为目前国内外科研工作者的研究热点。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有技术的缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种KNN基无铅压电陶瓷及其制备方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种KNN基无铅压电陶瓷，其化学结构式如下所示：
[0007](Na
0.5
K
0.5
)Nb
x
(Ta
y
Zr1‑
y
)1‑
x
O3‑
αLMnO3‑
βMgAl2O4‑
γ氧化物助剂
[0008]其中，x、y为摩尔比；
[0009]α、β、γ为摩尔分数；
[0010]x为0.85
‑
0.95，y为0.5
‑
0.67，α为0.2
‑
0.6％，β为0.5
‑
1％，γ为1
‑
5％；
[0011]L为稀土元素。
[0012]进一步地，x为0.9
‑
0.95，y为0.5
‑
0.6。
[0013]进一步地，x为0.95，y为0.52。
[0014]进一步地，α为0.3
‑
0.5％，β为0.8
‑
1％，γ为2
‑
3％。
[0015]进一步地，α为0.5％，β为0.8％，γ为2.5％
[0016]进一步地，L为La、Y、Er、Ho、Tm、Lu、Yb中的任意一种或多种。
[0017]进一步地，所述氧化物助剂为CuO、ZnO、MnO、CoO、Cr2O3、Li2O中的任意一种或多种。
[0018]本专利技术还提供了一种KNN基无铅压电陶瓷的制备方法：
[0019]按照化学结构式称量干燥后的碳酸钠、碳酸钾、五氧化二铌、氧化钽、氧化锆、LMnO3、MgAl2O4、氧化物助剂混合后球磨并烘干，得到混合物料，混合物料预烧后再次球磨并烘干，加入粘结剂造粒，采用模压法压制成坯，所得坯体在620
‑
650℃保温排胶30
‑
60min后，升温至1100
‑
1150℃保温烧结1
‑
2h，将烧结后的陶瓷两侧表面被银并高压极化。
[0020]进一步地，预烧温度为750
‑
800℃，预烧时间为1
‑
2h。
[0021]进一步地，高压极化在110
‑
120℃的硅油中进行，极化电压为3
‑
4kV/mm，极化时间为20
‑
30min。
[0022]有益效果：
[0023]本专利技术提供了一种KNN基无铅压电陶瓷，KNN陶瓷中B位由Ta和Zr取代，在KNN基陶瓷中建立了类似PZT中的MPB，从而增强了陶瓷的性能，而且产生晶格畸变有利于晶胞自发极化转向，从而改善其极化特点，最终提高其压电活性，LMnO3和氧化物助剂在固相烧结中可与主晶相形成固溶体促进缺陷增加，促进颗粒重排，提高了晶界迁移率，使气孔充分排出，促进晶粒的发育，提高坯体的致密度，降低烧结温度并抑制Na和K在烧结过程中的挥发，近年来，研究者通过掺杂尖晶石第二相来改善钙钛矿结构陶瓷的介电性能，专利技术人尝试将尖晶石型MgAl2O4对KNN基陶瓷进行掺杂，第二相的钉扎作用影响了烧结时的传质过程和晶界迁移，抑制了大晶粒生长，使晶粒尺寸趋于均匀致密，获得较好的压电、介电性能，经测试，本专利技术所制备的KNN基无铅压电陶瓷具有较大的体积密度，各项性能优良，可以满足压电陶瓷器件应用的要求。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1所制备KNN基无铅压电陶瓷的表面SEM图。
具体实施方式
[0025]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。
[0026]实施例1：
[0027]一种KNN基无铅压电陶瓷，其化学结构式如下所示：
[0028](Na
0.5
K
0.5
)Nb
0.95
(Ta
0.52
Zr
0.48
)
0.05
O3‑
0.5％LaMnO3‑
0.8％MgAl2O4‑
2.5％CuO
[0029]上述KNN基无铅压电陶瓷的制备方法如下：
[0030]按照化学结构式称量干燥后的碳酸钠、碳酸钾、五氧化二铌、氧化钽、氧化锆、LaMnO3、MgAl2O4、CuO混合后加入行星球磨机中，以无水乙醇为球磨介质，球磨16h，球磨转速为160r/min，球磨后50℃烘干，得到混合物料，混合物料780℃预烧1.5h后再次球磨8h并烘干，加入质量分数8％的聚乙烯醇溶液造粒，采用模压法压制成坯，压制压力为200MPa，所得坯体在650℃保温排胶50min后，升温至1135℃保温烧结1.5h，将烧结后的陶瓷两侧表面被银，在120℃的硅油中进行高压极化，极化电压为3kV/mm，极化时间为25min。
[0031]实施例2：
[0032]一种KNN基无铅压电陶瓷，其化学结构式如下所示：
[0033](Na
0.5
K
0.5
)Nb
0.95
(Ta
0.52
Zr
0.48
)
0.05
O3‑
0.5％LaMnO3‑
0.8％MgAl2O4‑
2.5％CuO
[0034]上述KNN基无铅压电陶瓷的制备方法如下：
[0035]按照化学结构式称量干燥后的碳酸钠、碳酸钾、五氧化二铌、氧化钽、氧化锆、LaMnO3、MgAl2O4、CuO混合后加入行星球磨机中，以无水乙醇为球磨介质，球磨16h，球磨转速为160r/min，球磨后50℃烘干，得到混合物料，混合物料800℃预烧2h后再次球磨8h并烘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种KNN基无铅压电陶瓷，其特征在于，其化学结构式如下所示：(Na
0.5
K
0.5
)Nb
x
(Ta
y
Zr1‑
y
)1‑
x
O3‑
αLMnO3‑
βMgAl2O4‑
γ氧化物助剂其中，x、y为摩尔比；α、β、γ为摩尔分数；x为0.85
‑
0.95，y为0.5
‑
0.67，α为0.2
‑
0.6％，β为0.5
‑
1％，γ为1
‑
5％；L为稀土元素。2.如权利要求1所述的KNN基无铅压电陶瓷，其特征在于，x为0.9
‑
0.95，y为0.5
‑
0.6。3.如权利要求1所述的KNN基无铅压电陶瓷，其特征在于，x为0.95，y为0.52。4.如权利要求1所述的KNN基无铅压电陶瓷，其特征在于，α为0.3
‑
0.5％，β为0.8
‑
1％，γ为2
‑
3％。5.如权利要求1所述的KNN基无铅压电陶瓷，其特征在于，α为0.5％，β为0.8％，γ为2.5％。6.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇东，刘曼丽，方映杰，马正阳，吴智，
申请(专利权)人：湖南一众电子陶瓷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：