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1、(10)申请公布号 CN 102910907 A (43)申请公布日 2013.02.06 CN 102910907 A *CN102910907A* (21)申请号 201210406289.8 (22)申请日 2012.10.22 C04B 35/495(2006.01) C04B 35/622(2006.01) (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南开区卫津路 92 号 (72)发明人 戴叶婧 李洋 (74)专利代理机构 天津市北洋有限责任专利代 理事务所 12201 代理人 张宏祥 (54) 发明名称 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其两步烧结 制备方法 (57) 摘要 本。
2、发明公开了一种铌酸钾钠基无铅压电 陶瓷及其两步烧结制备方法， 其原料组成及 其 摩 尔 比 为 aKNbO3-(1-a)(Na0.52K0.44Li0.04) (Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3， 其中 a=0.04 0.06。本发 明采用两步烧结固相合成的制备方法， 控制第一 步烧结温度为 1130 1150， 保温时间为 1min， 第二步烧结温度为9001040， 保温时间为7h， 得到新型压电陶瓷材料， 其压电系数 d33最高为 328pC/N， 且具有良好的铁电性能， 剩余极化强度 Pr和矫顽场 Ec分别为 17 23C/cm 2和 0.5 0.7kV/mm。该无铅压电陶瓷。
3、材料可用于声音转换 器、 压电打火机、 驱动器、 谐振器等多种领域。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 1/1 页 2 1. 一 种 铌 酸 钾 钠 基 无 铅 压 电 陶 瓷， 其 原 料 组 成 及 其 摩 尔 比 aKNbO3-(1-a) (Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3， 其中 a=0.04 0.06。 2.根据权利要求1的一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷， 其特征在于， 所述外加的KNbO3为。
4、 5%摩尔。 其原料组成及其摩尔比为aKNbO3-(1-a)(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3， 其中 a=0.05。 3. 根据权利要求 1 的一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷， 其特征在于， 其压电系数 d33为 259 328pC/N， 剩余极化强度 Pr和矫顽场 Ec分别为 17 23C/cm2和 0.5 0.7kV/mm。 4. 权利要求 1 的一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的两步烧结制备方法， 具有如下步骤 ： （1） 分别按(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3和KNbO3的化学计量比称取原料、 混。
5、合、 球磨和烘干， 配制 A、 B 基本原料 ； （2） 将步骤 （1） 的 A、 B 基本原料分别于 800预烧， 保温时间为 3h， 得到 A、 B 粉料 ； （3） 将步骤 （2） 的 A、 B 粉料按 aKNbO3-(1-a)(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3， 其中 a=0.04 0.06 化学计量比进行配料， 再混料、 二次球磨、 造粒、 成型、 排胶 ； （4） 将步骤 （3） 排胶后的坯体于 1130 1150下进行第一步烧结， 保温 1min ； （5） 由步骤 （4） 第一步烧结 1130 1150的烧结温度降温至 900 1。
6、040， 保温 7h， 进行第二步烧结， 自然冷却至室温， 制得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 5. 根据权利要求 4 的一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的两步烧结制备方法， 其特征在 于， 所述步骤 （1） 的原料为碳酸钠、 碳酸钾、 碳酸锂、 五氧化二铌、 五氧化二钽、 三氧化二锑。 6. 根据权利要求 4 的一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的两步烧结制备方法， 其特征在 于， 所述步骤 （4） 的升温速度为 10 /min。 7. 根据权利要求 4 的一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的两步烧结制备方法， 其特征在 于， 所述步骤 （5） 的降温速度为 10 /min。 权 利 要 求 书 CN 10291090。
7、7 A 2 1/3 页 3 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其两步烧结制备方法 技术领域 0001 本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物， 特别涉及一种铌酸钾钠基无铅压电 陶瓷及其两步烧结制备方法。 背景技术 0002 压电陶瓷材料应用遍及社会的各个领域及人们生活的各个方面。目前， 应用最广 泛的铅基压电陶瓷 （PZT） ， 在制备、 使用、 废弃过程中由于铅的存在对人类及生态环境造成 严重的危害， 因此研究和开发性能优异的无铅压电陶瓷， 意义深远且十分迫切。 0003 目前人们已开发出多种无铅压电陶瓷， BaTiO3是最早发现的典型的无铅压电材 料， 但由于其居里点低及烧结温度高限制了其应用。。
8、 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷， 因其具有高 的居里温度和优异的压电性能， 被认为是最有前途取代铅基压电陶瓷的材料之一。现有技 术中在 KNN 陶瓷的基础上对其同时进行 A 位 Li 掺杂和 B 位 Ta、 Sb 掺杂， 利用传统固相烧结 工艺得到了 d33300pC/N 的压电陶瓷， 能与商用 PZT 系陶瓷性能匹敌。但是 KNN 基压电陶瓷 在制备过程中碱金属丢失是一个大问题。目前， 人们大多通过掺杂改性和改进工艺来降低 烧结温度以减少碱的挥发， 而通过两步烧结和碱的弥补以减少碱的挥发则不曾报导。 发明内容 0004 本发明的目的， 是为解决铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料制备过程中碱金属丢失的 问题。
9、， 提供一种添加铌酸钾， 两步烧结制备锂钽锑改性的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料及 其制备方法。 0005 本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为 ： 0006 一 种 铌 酸 钾 钠 基 无 铅 压 电 陶 瓷， 其 原 料 组 成 及 其 摩 尔 比 aKNbO3-(1-a) (Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3， 其中 a=0.04 0.06。 0007 所 述 外 加 的 KNbO3为 5 摩 尔。 其 原 料 组 成 及 其 摩 尔 比 为 aKNbO3-(1-a) (Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.0。
10、4)O3， 其中 a=0.05。 0008 其压电系数d33为259328pC/N， 剩余极化强度Pr和矫顽场Ec分别为1723C/ cm2和 0.5 0.7kV/mm。 0009 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的两步烧结制备方法， 具有如下步骤 ： 0010 （1） 分别按 (Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3和 KNbO3的化学计量比称取原料、 混合、 球磨和烘干， 配制 A、 B 基本原料 ； 0011 （2） 将步骤 （1） 的 A、 B 基本原料分别于 800预烧， 保温时间为 3h， 得到 A、 B 粉料 ； 0012 （3） 将步骤 （2。
11、） 的 A、 B 粉料按 aKNbO3-(1-a)(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3， 其中 a=0.04 0.06 化学计量比进行配料， 再混料、 二次球磨、 造粒、 成型、 排胶 ； 0013 （4） 将步骤 （3） 排胶后的坯体于 1130 1150下进行第一步烧结， 保温 1min ； 0014 （5） 由步骤 （4） 第一步烧结 1130 1150的烧结温度降温至 900 1040， 保温 7h， 进行第二步烧结， 自然冷却至室温， 制得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 说 明 书 CN 102910907 A 3 2/3 页 4 0015 所。
12、述步骤 （1） 的原料为碳酸钠、 碳酸钾、 碳酸锂、 五氧化二铌、 五氧化二钽、 三氧化 二锑。 0016 所述步骤 （4） 的升温速度为 10 /min。 0017 所述步骤 （5） 的降温速度为 10 /min。 0018 本发明的有益效果， 是采用两步烧结固相合成的制备方法， 添加铌酸钾， 制备锂钽 锑改性的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料， 既有效缩短了高温烧结的时间， 又在一定程度上 弥补了钾的丢失， 制备的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷为单一钙钛矿结构。其压电系数 d33为 259 328pC/N， 剩余极化强度 Pr和矫顽场 Ec分别为 17 23C/cm2和 0.5 0.7kV/mm。 附图。
13、说明 0019 图 1 是本发明实施例 1-8 不同条件下制品的压电常数 d33； 0020 图 2 是本发明实施例 1-8 不同条件下制品的 X 射线图谱 ； 0021 图 3 是本发明实施例 1-8 不同条件下制品的 P-E 磁滞回线。 具体实施方式 0022 下面结合实施例作进一步描述， 但并不以此限制本发明的保护范围。 0023 实施例 1 0024 (1) 配料合成 0025 按 (Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3的化学计量比称取原料碳酸钠、 碳酸钾、 碳 酸锂、 五氧化二铌、 五氧化二钽和三氧化二锑， 进行混合， 装入球磨罐中， 球磨。
14、介质为无水乙 醇和氧化锆球， 球磨 6h， 球磨转速为 800 转 / 分 ； 将料浆放入烘箱内 80烘干， 得 A 原配料 ； 同样条件按 KNbO3的化学计量比称取原料、 混合、 球磨和烘干， 得 B 原配料 ； 0026 (2) 预烧 0027 将步骤 （1） 得到的 A、 B 原配料分别放入坩埚内， 加盖， 密封， 在马弗炉中 800保温 3h， 自然冷却到室温， 出炉， 得 A、 B 粉料 ； 0028 (3) 二次球磨 0029 将步骤 （2） 得到的粉料在研钵中研磨， 按 0.95A-0.05B 的配比称取 A、 B 粉料， 进行 混合， 装入球磨罐， 球磨介质为无水乙醇和氧化锆。
15、球， 球磨 6h， 球磨转速为 800 转 / 分， 将料 浆放入烘箱 80烘干， 得混合粉料 ； 0030 (4) 造粒 0031 将步骤 （3） 得到的混合粉料在研钵中研细， 加入重量浓度为 5% 的聚乙烯醇缩丁醛 （PVB） ， 充分搅拌至粉料呈粒状， 得粒料 ； 0032 (5) 成型 0033 将步骤 （4） 得到的粒料放入直径为 13mm 的不锈钢模具内， 在 100MPa 压力下压成 圆片状坯件 ； 0034 (6) 排胶 0035 将步骤 （5） 得到的坯件放入马弗炉中， 600保温 0.5h 进行有机物排除， 得排胶坯 件 ； 0036 (7) 两步烧结 说 明 书 CN 1。
16、02910907 A 4 3/3 页 5 0037 将步骤 （6） 得到的排胶坯件放置氧化铝片上， 坩锅倒扣密封， 按升温速度为 10 / min， 于1130进行第一次烧结， 保温1min ； 再以10/min速度快速降温至950， 于950 保温 7h 进行第二次烧结， 然后随炉自然冷却至室温， 得铌酸钾钠基压电陶瓷。 0038 实施例 2 0039 采用实施例1相同的方法， 第一步烧结温度为1130， 第二步烧结温度为1020， 制得铌酸钾钠基压电陶瓷。 0040 实施例 3 0041 采用实施例1相同的方法， 第一步烧结温度为1130， 第二步烧结温度为1000， 制得铌酸钾钠基压电陶。
17、瓷。 0042 实施例 4 0043 采用实施例 1 相同的方法， 第一步烧结温度为 1130， 第二步烧结温度为 900， 制得铌酸钾钠基压电陶瓷。 0044 实施例 5 0045 采用实施例1相同的方法， 第一步烧结温度为1150， 第二步烧结温度为1040， 制得铌酸钾钠基压电陶瓷。 0046 实施例 6 0047 采用实施例1相同的方法， 第一步烧结温度为1150， 第二步烧结温度为1020， 制得铌酸钾钠基压电陶瓷。 0048 实施例 7 0049 采用实施例1相同的方法， 第一步烧结温度为1150， 第二步烧结温度为1000， 制得铌酸钾钠基压电陶瓷。 0050 实施例 8 005。
18、1 采用实施例 1 相同的方法， 第一步烧结温度为 1150， 第二步烧结温度为 950， 制得铌酸钾钠基压电陶瓷。 0052 对本发明所得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷制品， 在不同条件下测试其压电常数 d33， 并绘制图表， 图 1 是本发明实施例 1-8 不同条件下制品的压电常数 d33， 第二步烧结温度有 一个最佳值。 0053 经过检测分析， 实施例 1-8 所得无铅压电陶瓷制品为单一钙钛矿结构， 如图 2a、 b 所示。 0054 图 3a、 b 是实施例 1-8 在不同工艺条件下制备的无铅压电陶瓷的 P-E 磁滞回线， 表 明了所得无铅压电陶瓷制品具有较好的铁电性能。 说 明 书 CN 102910907 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102910907 A 6 2/2 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 102910907 A 7 。