本發(fā)明專利技術公開了一種高性能鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷及其制備方法，原料組分及其摩爾百分比含量為(1-x)(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3-xKNbO3，其中x=0.01～0.10。采用傳統(tǒng)的固相合成制備方法，添加鈮酸鉀，制備鋰鉭銻改性的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷材料，既彌補了鉀的丟失，又有效地降低了燒結溫度，控制燒結溫度為1000～1150℃，保溫時間為2～4h，得到新型壓電陶瓷材料；其壓電系數(shù)d33最高為350pC/N，平面機電耦合系數(shù)kp高達0.49。該無鉛壓電陶瓷材料可用于聲音轉換器、壓電打火機、驅動器、諧振器等多種領域。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，特別涉及。
技術介紹
壓電陶瓷材料應用遍及社會的各個領域及人們生活的各個方面。目前應用最廣泛的鉛基壓電陶瓷(PZT)，在制備、使用、廢棄過程中由于鉛的存在對人類及生態(tài)環(huán)境造成嚴重的危害，因此研究和開發(fā)性能優(yōu)異的無鉛壓電陶瓷，意義深遠且十分迫切。目前人們已開發(fā)出多種無鉛壓電陶瓷，BaTiO3是最早發(fā)現(xiàn)的典型的無鉛壓電材料，但由于其居里點低及燒結溫度高限制了其應用。鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷，因其具有高的居里溫度和優(yōu)異的壓電性能，被認為是最有前途取代鉛基壓電陶瓷的材料之一。現(xiàn)有技術中在KNN陶瓷的基礎上對其同時進行A位Li摻雜和B位Ta、Sb摻雜，利用傳統(tǒng)固相燒結工藝得到了 d33>300pC/N的壓電陶瓷，能與商用PZT系陶瓷性能匹敵。但是KNN基壓電陶瓷在制備過程中堿金屬丟失是一個大問題。目前人們大多通過摻雜改性和改進工藝來降低燒結溫度以減少堿的揮發(fā)，而通過結合降低燒結溫度和堿的彌補以減少堿的揮發(fā)的則比較少。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的，是為解決鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷材料在制備過程中堿金屬丟失的問題，同時為降低燒結溫度，提供一種添加鈮酸鉀，制備鋰鉭銻改性的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷材料的方法。本專利技術為解決上述技術問題采用的技術方案如下一種高性能鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷，原料組分及其摩爾百分比含量為(1-x)(Naa52Kci 44Litl tl4) (Nb0.S8Sbatl8Taatl4) O3-XKNbO3,其中 x=0. 01 O. 10。上述一種高性能鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的制備方法，具有如下步驟(I)按(Naa52Ka44Liatl4) (Nbci88Sbatl8Taatl4)O3和KNbO3 的分子式分別配取基本原料碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、五氧化二鈮、五氧化二鉭、三氧化二銻，分別裝入球磨罐中，球磨6h，再將料漿放入烘箱內(nèi)于80°C烘干；(2)將步驟(I)的(Naa52Ka44Liatl4) (Nbci88Sbatl8Taatl4)O3 混合原料及 KNbO3 分別于700 900°C預合成，保溫2 4h ;(3 )將步驟(2 )的兩種預合成原料按(1-x) (Na0.52K0.44Li0.04) (Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3-XKNbO3，其中x=0. 01 O. 10的化學計量比進行配料、混料、造粒、成型為坯體，再進行排膠；(4)將步驟(3)排膠后的坯體，于1000 1150°C燒結，保溫2 4h。所述無鉛壓電陶瓷為單一鈣鈦礦結構。所述無鉛壓電陶瓷的壓電系數(shù)d33為275 350pC/N，平面機電耦合系數(shù)kp為O. 39 O. 49。所述制備方法步驟(I)的球磨介質(zhì)為無水乙醇和氧化鋯球，原料、無水乙醇和氧化錯球的質(zhì)量比為1:2:2,球磨機的轉速為800轉/分。所述制備方法步驟(4)的優(yōu)選燒結溫度為1040°C 1120°C，保溫3h。本專利技術的有益效果是，采用傳統(tǒng)的固相合成的方法，添加鈮酸鉀，制備鋰鉭銻改性的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷材料，既彌補了鉀的丟失，又有效地降低了燒結溫度，本專利技術的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷為單一鈣鈦礦結構，其壓電系數(shù)d33為275 350pC/N，平面機電耦合系數(shù)1^為0. 39 O. 49。附圖說明圖I是本專利技術實施例I不同組分樣品的壓電常數(shù)d33和平面機電耦合系數(shù)kp ；圖2是本專利技術實施例I不同組分樣品的X射線圖譜；圖3是本專利技術實施例1、2、3、4、5不同組分樣品的密度。具體實施例方式本專利技術為彌補堿金屬的丟失和降低燒結溫度，添加鈮酸鉀，制備鋰鉭銻改性的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷材料。采用傳統(tǒng)固相合成方法，分別按(Naa52Ka44Liatl4)(Nba88Sbatl8Taatl4) O3和KNbO3的分子式制備A、B粉料，然后將A粉料和B粉料按(1_χ) A_xB的摩爾配比混合，固相燒結制備鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷，其中x=0. 01 O. 10。本專利技術的原料采用分析純試劑。下面結合實施例對本專利技術作進一步描述，但并不局限于下述實施例。實施例I(I)配料合成按(Na0.52K0.44Li0.04) (Nb0.88Sb0.08Ta0.04) O3的化學計量比稱取原料碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、五氧化二鈮、五氧化二鉭和三氧化二銻，進行混合，裝入球磨罐中，球磨介質(zhì)為無水乙醇和氧化鋯球，球磨6h，球磨轉速為800轉/分，再將料漿放入烘箱內(nèi)于80°C烘干，得到A原配料；同樣條件按KNbO3的化學計量比稱取原料、混合、球磨和烘干，得到B原配料。(2)預燒將步驟(I)得到的A、B原配料分別放入坩堝內(nèi)，加蓋，密封，在馬弗爐中800°C保溫3h，自然冷卻到室溫，出爐，得到A、B粉料；(3) 二次球磨將步驟(2)得到的粉料在研缽中研磨，按(1-χ) Α-χΒ的配比(式中χ=0. 01、0. 03、O. 05,0. 07,0. 10)稱取Α、Β粉料，進行混合，裝入球磨罐，球磨介質(zhì)為無水乙醇和氧化鋯球，球磨6h，球磨轉速為800轉/分，再將料漿放入烘箱于80°C烘干，得到混合粉料；(4)造粒將步驟(3)得到的混合粉料在研缽中研細，加入重量濃度為5%的聚乙烯醇縮丁醛(PVB),充分攪拌至粉料呈粒狀，得到粒料；(5)成型將步驟(4)得到的粒料放入直徑為13mm的不銹鋼模具內(nèi)，在IOOMPa壓力下壓成4圓片狀坯件；件；(6)排膠將步驟(5)得到的坯件放入馬弗爐中，600°C保溫O. 5h進行有機物排除，得排膠坯(7)燒結將步驟(6)得到的排膠坯件放置氧化鋁片上，坩鍋倒扣密封，升溫速度為5°C /分鐘，在1060°C保溫3h，隨爐自然冷卻至室溫，制得鈮酸鉀鈉基壓電陶瓷。選取本專利技術制得的鈮酸鉀鈉基陶瓷樣品，測試不同組分下的壓電常數(shù)d33和平面機電耦合系數(shù)kp，如附圖I所示。圖2是本專利技術實施例I不同組分樣品的X射線圖譜，經(jīng)過檢測分析，本專利技術的陶瓷樣品為單一鈣鈦礦結構。度。域。實施例2采用實例I相同的方法，改變燒結溫度，為1040°C，制得鈮酸鉀鈉基壓電陶瓷。實施例3采用實例I相同的方法，改變燒結溫度，為1080°C，制得鈮酸鉀鈉基壓電陶瓷。實施例4采用實例I相同的方法，改變燒結溫度，為1100°C，制得鈮酸鉀鈉基壓電陶瓷。實施例5采用實例I相同的方法，改變燒結溫度，為1120°C，制得鈮酸鉀鈉基壓電陶瓷。圖3是本專利技術實施例1、2、3、4、5不同組分制品的密度，表明制品具有較高的致密該無鉛壓電陶瓷材料可用于聲音轉換器、壓電打火機、驅動器、諧振器等多種領權利要求1.一種高性能鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷，原料組分及其摩爾百分比含量為(I-X)(Naa52Kci 44Litl tl4) (Nb0.S8Sbatl8Taatl4) O3-XKNbO3,其中 x=0. 01 O. 10。上述一種高性能鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的制備方法，具有如下步驟(I)按(Naa52Ka44Liatl4) (NbaS8Sbatl8Taatl4)O3和KNbO3的分子式分別配取基本原料碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、五氧化二鈮、五氧化二鉭、三氧化二銻，分別裝入球磨罐中，球磨6h，再將料漿放入烘箱內(nèi)于80°C烘干；(2 )將步驟(I)的(Na。. 52K0.44Li0.04) (Nb。. 88Sb本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種高性能鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷，原料組分及其摩爾百分比含量為(1？x)(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3？xKNbO3，其中x=0.01～0.10。上述一種高性能鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的制備方法，具有如下步驟：（1）按(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3和KNbO3的分子式分別配取基本原料碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、五氧化二鈮、五氧化二鉭、三氧化二銻，分別裝入球磨罐中，球磨6h，再將料漿放入烘箱內(nèi)于80℃烘干；（2）將步驟（1）的(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3混合原料及KNbO3分別于700～900℃預合成，保溫2～4h；（3）將步驟（2）的兩種預合成原料按(1？x)(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3？xKNbO3，其中x=0.01～0.10的化學計量比進行配料、混料、造粒、成型為坯體，再進行排膠；（4）將步驟（3）排膠后的坯體，于1000～1150℃燒結，保溫2～4h。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：戴葉婧，李洋，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。