铌酸钾钠基陶瓷及其制备方法和应用技术

本申请涉及陶瓷制备技术领域，特别是一种铌酸钾钠基陶瓷及其制备方法和应用。以解决相关技术中铌酸钾钠基压电陶瓷在制备过程中容易出现裂纹等不良以及最终所所获得的铌酸钾钠基压电陶瓷的温度稳定性较差的问题。一种铌酸钾钠基陶瓷的制备方法，该铌酸钾钠基陶瓷中正交相和四方相共存，该方法包括：按照铌酸钾钠基陶瓷的化学式配比，将反应原料混合，并通过球磨和烧结制备陶瓷粉体；将陶瓷粉体制备成陶瓷坯体；将陶瓷坯体以10～20℃/min的速率升温至第一温度，并在第一温度保温1～30min，制备第一陶瓷成品；将第一陶瓷成品以10～20℃/min的速率降温至第二温度，并在第二温度保温10～20h，制备第二陶瓷成品；第一温度与第二温度之差大于或等于50℃小于或等于150℃。度之差大于或等于50℃小于或等于150℃。度之差大于或等于50℃小于或等于150℃。

【技术实现步骤摘要】
铌酸钾钠基陶瓷及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及陶瓷制备
，特别是一种铌酸钾钠基陶瓷及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]压电陶瓷可以实现电能与机械能的相互转换，是一类对人类生产、生活有重大影响的功能陶瓷。
[0003]近年来，锆钛酸铅(PZT)基压电陶瓷因具有优异的压电性能而被广泛应用，但是，锆钛酸铅(PZT)基压电陶瓷中含有大量的铅，对环境和人体健康具有较大的危害，不利于人们对健康生活和环境友好性的需求的提高。
[0004]铌酸钾钠(KNN)基压电陶瓷具有良好的压电性能，且铌酸钾钠基压电陶瓷中不含有铅，具有环境友好性的特点，有望替代锆钛酸铅(PZT)基压电陶瓷而受到研究者的广泛关注。然而，虽然目前的铌酸钾钠基压电陶瓷虽然压电常数可以达到500pC/N以上，但是，制备过程中容易出现裂纹等不良，且最终所获得铌酸钾钠基压电陶瓷具有温度稳定性较差的问题，不利于铌酸钾钠基压电陶瓷的发展和应用。

技术实现思路

[0005]基于此，本申请提供一种铌酸钾钠基陶瓷及其制备方法和应用，用于解决相关技术中铌酸钾钠基压电陶瓷在制备过程中容易出现裂纹等不良以及最终所所获得的铌酸钾钠基压电陶瓷的温度稳定性较差的问题。
[0006]第一方面，提供一种铌酸钾钠基陶瓷的制备方法，铌酸钾钠基陶瓷中正交相和四方相共存，该方法包括：
[0007]按照铌酸钾钠基陶瓷的化学式配比，将反应原料混合，并通过球磨和烧结制备陶瓷粉体；
[0008]将陶瓷粉体制备成陶瓷坯体；
[0009]将陶瓷坯体以第一升温速率升温至第一温度，并在第一温度保温第一时长，制备第一陶瓷成品；
[0010]将第一陶瓷成品以第一降温速率降温至第二温度，并在第二温度保温第二时长，制备第二陶瓷成品；
[0011]其中，第一升温速率为10～20℃/min，第一时长为1～30min，第一降温速率为10～20℃/min，第二时长为10～20h，且第一温度与第二温度之差大于或等于50℃小于或等于150℃，第一温度和第二温度均位于铌酸钾钠基陶瓷的烧结温度范围内。
[0012]可选地，第一温度为1180～1220℃，第二温度为1070～1130℃。
[0013]可选地，球磨和烧结包括：第一次球磨步骤、烧结步骤和第二次球磨步骤；
[0014]其中，第一次球磨步骤和所述第二次球磨步骤所采用的球磨介质为无水乙醇，第一次球磨步骤和第二次球磨步骤所采用的球磨珠的直径为5mm和2mm，且直径为5mm的球磨
珠和直径为2mm的球磨珠的质量比为1:1.5～1:3。
[0015]可选地，反应原料、球磨所采用的球磨珠和球磨介质的质量比为1：(3～10)：(2～5)，球磨机的转速为350～500rpm，第一次球磨步骤和第二次球磨步骤的时间分别独立地为8～15h。
[0016]可选地，在球磨和烧结后，方法还包括：烘干过筛，制备目数小于或等于75目的陶瓷粉体。
[0017]可选地，烘干所采用的烘箱温度为80～90℃。
[0018]可选地，烧结的温度为850～900℃，维持时间为2～8h。
[0019]可选地，铌酸钾钠基陶瓷的化学式为(K
0.45
Na
0.55
)
0.98
Li
0.02
(Nb
0.77
Ta
0.18
Sb
0.05
)O3。
[0020]可选地，将陶瓷粉体制备成陶瓷坯体，包括：
[0021]将陶瓷粉体造粒、压制成型和排胶处理制备所述陶瓷坯体；
[0022]造粒在胶黏剂的存在下进行，胶黏剂为聚乙烯醇的水溶液。
[0023]可选地，造粒的温度为80～90℃。
[0024]可选地，排胶处理的升温速率为3～5℃/min，温度为600～700℃，时间为1～2h。
[0025]可选地，陶瓷粉体和聚乙烯醇的水溶液的质量比为10:3，聚乙烯醇的水溶液中，聚乙烯醇的质量百分含量为3～4％。
[0026]可选地，方法还包括：
[0027]对第二陶瓷成品进行被银处理，得到第三陶瓷成品；
[0028]被银的温度为750～780℃，维持时间为20～30min。
[0029]可选地，方法还包括：
[0030]对第三陶瓷成品进行极化处理，制备第四陶瓷成品；
[0031]其中，极化处理在硅油中进行，极化处理的温度为25～35℃，时间为30min，极化处理的电场为3kV/mm。
[0032]第二方面，提供一种铌酸钾钠基陶瓷，通过如第一方面所述的方法制备而成。
[0033]可选地，铌酸钾钠基陶瓷具有如下条件的至少一个：
[0034](1)铌酸钾钠基陶瓷的最大压电常数为341pC/N、平面机电耦合系数为0.51，密度为4.85g/cm3，居里温度为240℃；
[0035](2)铌酸钾钠基陶瓷的最大电极化强度为20～24μC/cm2，剩余极化强度为14～18μC/cm2。
[0036]第三方面，提供一种如第二方面所述的铌酸钾钠基陶瓷在功能器件中的应用。
[0037]可选地，功能器件为传感器、换能器、超声器或滤波器。
[0038]与现有技术相比较，本申请具有如下有益效果：
[0039]在烧结铌酸钾钠基陶瓷，制备正交相和四方相两相共存的铌酸钾钠基陶瓷时，通过将陶瓷坯体以较快的升温速率升至较高温度，可以使第一陶瓷成品达到一定的致密度，而通过将第一陶瓷成品迅速降温到一个较低的温度并保温一段时间，可以在较低的温度下使晶界扩散和晶界迁移均在动力学上存在一定的差异，如在温度从较高的温度迅速降低到较低的温度的情况下，晶界扩散可以继续进行，从而可以使第一陶瓷成品继续排出气孔，而在温度从较高的温度迅速降低到较低的温度的情况下，晶界迁移会受到抑制，如此，可以有效抑制晶粒长大，从而完成致密化过程，使得最终所获得的第二陶瓷成品更加致密。而由此
得到的铌酸钾钠基陶瓷比较致密，不会发生裂纹，且该铌酸钾钠基陶瓷中正交相和四方相共存，因此该铌酸钾钠基陶瓷具有良好的压电性能，同时，通过实验发现，该铌酸钾钠基陶瓷还具有较高的居里温度，因此，该铌酸钾钠基陶瓷具有良好的温度稳定性，有利于铌酸钾钠基陶瓷在功能器件中进行应用，可以提高功能器件的温度稳定性和压电性能。解决了相关技术中铌酸钾钠基压电陶瓷在制备过程中容易出现裂纹等不良以及最终所所获得的铌酸钾钠基压电陶瓷的温度稳定性较差的问题。
附图说明
[0040]图1为实施例1～实施例3和对比例1烧结制备的具有正交
‑
四方(O
‑
T)两相共存的铌酸钾钠基陶瓷圆片的X射线衍射图谱；
[0041]图2为实施例1和对比例1烧结制备的具有正交
‑
四方(O
‑
T)两相共存的铌酸钾钠基陶瓷圆片的表面和断面的SEM对比图；
[0042]图3为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铌酸钾钠基陶瓷的制备方法，其特征在于，所述铌酸钾钠基陶瓷中正交相和四方相共存，所述方法包括：按照铌酸钾钠基陶瓷的化学式配比，将反应原料混合，并通过球磨和烧结，制备陶瓷粉体；将所述陶瓷粉体制备成陶瓷坯体；将所述陶瓷坯体以第一升温速率升温至第一温度，并在所述第一温度保温第一时长，制备第一陶瓷成品；将所述第一陶瓷成品以第一降温速率降温至第二温度，并在所述第二温度保温第二时长，制备第二陶瓷成品；其中，所述第一升温速率为10～20℃/min，所述第一降温速率为10～20℃/min，所述第一时长为1～30min，所述第二时长为10～20h，且所述第一温度与所述第二温度之差大于或等于50℃小于或等于150℃，所述第一温度和所述第二温度均位于所述铌酸钾钠基陶瓷的烧结温度范围内。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一温度为1180～1220℃，所述第二温度为1070～1130℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球磨和烧结包括：第一次球磨步骤、烧结步骤和第二次球磨步骤；其中，所述第一次球磨步骤和所述第二次球磨步骤所采用的球磨介质为无水乙醇，所述第一次球磨步骤和所述第二次球磨步骤所采用的球磨珠的直径为5mm和2mm，且直径为5mm的球磨珠和直径为2mm的球磨珠的质量比为1:1.5～1:3。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述反应原料、球磨所采用的球磨珠和球磨介质的质量比为1：(3～10)：(2～5)，球...

【专利技术属性】
技术研发人员：高大强，张曙光，李博森，廖忠新，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：