高壓電常數(shù)鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀無(wú)鉛壓電陶瓷及制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種高壓電常數(shù)的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法，屬于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)環(huán)境協(xié)調(diào)性壓電陶瓷領(lǐng)域。該方法采用傳統(tǒng)固相燒結(jié)法制備通式為(1-x)(K1-yNay)(Nb1-zSbz)O3+xBi0.5(Na1-uKu)0.5ZrO3的無(wú)鉛壓電陶瓷，式中，0≤x≤0.05，0.40≤y≤0.68，0.02≤z≤0.06，0≤u≤1；本發(fā)明的無(wú)鉛壓電陶瓷其d33可高達(dá)470pC/N，kp可達(dá)47％，Tc高達(dá)313℃。由該陶瓷制備的器件可在高溫下工作，在高溫電子設(shè)備中具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值；該陶瓷由于不含價(jià)格昂貴的鉭元素，所用原料價(jià)格低廉，節(jié)約成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高壓電常數(shù)鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀無(wú)鉛壓電陶瓷及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無(wú)鉛壓電陶瓷，特別涉及一種高壓電常數(shù)的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法，屬于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)環(huán)境協(xié)調(diào)性壓電陶瓷領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高性能壓電陶瓷是具有重要且廣泛應(yīng)用的、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)極為激烈的高技術(shù)新材料；這類(lèi)材料與國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、國(guó)家安全、人們生活質(zhì)量密切相關(guān)。高性能壓電陶瓷已被廣泛地應(yīng)用于頻率控制器件、換能器、傳感器以及制動(dòng)器等電子器件中。它在光電子技術(shù)、信息技術(shù)、精密控制技術(shù)、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)等與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全相關(guān)的高新科技領(lǐng)域具有舉足輕重的地位和作用。上世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的鋯鈦酸鉛(PbZri_xTix03、PZT)基陶瓷因其優(yōu)異的壓電特性，如壓電常數(shù)d33高達(dá)450-750pC/N和平面機(jī)電耦合系數(shù)kp高達(dá)50_70%，已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防和國(guó)家安全的各個(gè)方面。PZT陶瓷在全世界鐵電壓電材料市場(chǎng)中占據(jù)絕大部分份額，然而這類(lèi)壓電陶瓷中氧化鉛的含量約占原料總量的70 %，在其生產(chǎn)、使用及廢棄后的處理過(guò)程中都會(huì)給人類(lèi)和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。隨著人們對(duì)自然生存環(huán)境關(guān)注程度的提高，為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境和資源的協(xié)調(diào)發(fā)展，近十年來(lái)，世界各國(guó)對(duì)無(wú)鉛壓電材料的研究也非常重視，一系列法律法規(guī)相繼出臺(tái)。例如,2003年的歐盟已經(jīng)通過(guò)RoHS法令、日本通過(guò)“家用電子產(chǎn)品回收法案”、我國(guó)于2006年出臺(tái)的《電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)污染防治管理辦法》等等。正是這樣的國(guó)際形勢(shì)下，一場(chǎng)壓電陶瓷無(wú)鉛化的研發(fā)浪潮正席卷全球壓電領(lǐng)域。高性能無(wú)鉛壓電陶瓷的研發(fā)關(guān)系到國(guó)家命運(yùn)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一件大事。
[0003]近年來(lái)，世界各國(guó)已投入大量的人力、物力及財(cái)力來(lái)研究高性能無(wú)鉛壓電材料。從結(jié)構(gòu)上看，無(wú)鉛壓電陶瓷主要分 為以下三類(lèi):鎢青銅結(jié)構(gòu)、鉍層狀結(jié)構(gòu)和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。這三類(lèi)結(jié)構(gòu)的無(wú)鉛壓電體系都存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)，如鎢青銅結(jié)構(gòu)和鉍層狀結(jié)構(gòu)雖然具有高的居里溫度，但是其壓電常數(shù)低；鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的無(wú)鉛壓電陶瓷雖具有較高的壓電性能和高的居里溫度，但到目前為止其壓電常數(shù)還難以超越PZT。堿金屬鈮酸鹽基無(wú)鉛壓電陶瓷以其相對(duì)優(yōu)越的壓電性能和較高的居里溫度而倍受關(guān)注，被認(rèn)為是最有望取代鉛基壓電陶瓷的無(wú)鉛壓電陶瓷體系之一。目前，通過(guò)在室溫構(gòu)建正交-四方相界區(qū)域，堿金屬鈮酸鹽基無(wú)鉛壓電陶瓷的壓電常數(shù)可提升至200~350PC/N。因此，提升堿金屬鈮酸鹽基無(wú)鉛壓電陶瓷的壓電性能的研究成為當(dāng)前無(wú)鉛壓電陶瓷研究的主旋律。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的正是在于增強(qiáng)鈮酸鈉鉀(KNN)基無(wú)鉛壓電陶瓷的壓電性能，提供一種高壓電常數(shù)的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷，以及提供該無(wú)鉛壓電陶瓷的制備方法。該方法采用傳統(tǒng)固相燒結(jié)法制備的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷，其壓電常數(shù)d33可高達(dá)470pC/N，平面機(jī)電耦合系數(shù)kp可達(dá)47%，居里溫度T。高達(dá)313。。。
[0005]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施構(gòu)成的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0006]本發(fā)明的基本思路是:通過(guò)相結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷高壓電性能的目的，其具體作法是:添加Bia5 (NanKu)a5 (0≥u≥1)來(lái)降低鈮銻酸鉀鈉的正交-四方相變溫度到室溫附近，即降低在20~40°C左右；添加Zr4+將鈮銻酸鉀鈉的三方-正交相變溫度提升至室溫附近，即提升至20~40°C左右；同時(shí)為了使鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀陶瓷的正交-四方相變溫度以及三方-正交相變溫度向室溫靠近，因此引入Sb ;進(jìn)而制備出具有三方-四方新型相界結(jié)構(gòu)的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷，其通式為(1-x) OVyNay) (Nb1zSbz) Ox+xBi0.5 (Na1^uKu) 0.5Zr03O
[0007]本發(fā)明所述的一種高壓電常數(shù)的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷，由通式(1-x) (VyNay) (NVzSbz) OJxBia5(Na1-UKu)a5ZrO3 表示,式中的 x、y、z、u 表示復(fù)合離子中相應(yīng)元素材料在各組元中所占的原子數(shù)，即原子百分比；所有元素的原子數(shù)總和應(yīng)為
I,式中 0 ≥ X ≥ 0.05,0.40 y 0.68,0.02 ≥ z ≥ 0.06,0 ≥ u ≥ 1。
[0008]本發(fā)明所述高壓電常數(shù)的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷，其晶體構(gòu)型為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明所述高壓電常數(shù)的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷，其壓電常數(shù)d33可高達(dá)470pC/N ;平面機(jī)電耦合系數(shù)kp可高達(dá)47% ;居里溫度T?？筛哌_(dá)313°C。
[0010]本發(fā)明上述任一所述的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷的制備方法，包括以下工藝步驟:
[0011](I)采用傳統(tǒng)固相燒結(jié)法制備工藝，以分析純的碳酸鈉(Na2CO3),或碳酸鉀(K2CO3),或五氧化二鈮(Nb2O5),或三氧化二銻(Sb2O3),或氧化鉍(Bi2O3)，或氧化鋯(ZrO2)為原料，按照相應(yīng)體系的(1-x) (VyNay) (NVzSbz)OJxBia5(Na1-UKu)a5ZrO3進(jìn)行配料，式中
O≥ X ≥ 0.05，0.40 ≥ y ≥0.68，0.02 ≥ z ≥ 0.06，0 ≥ u ≥ 1;
[0012](2)將步驟(1)配制好的原料以無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，用滾動(dòng)球磨20-24小時(shí)后烘干得到混合干粉；
[0013](3)將步驟(2)所得混合干粉在800-950°C保溫3_6小時(shí)預(yù)燒；在預(yù)燒好的粉料中加入10wt%的聚乙烯醇水溶液造粒；
[0014](4)將步驟(3)造粒后的粉體，利用磨具將其壓制成小圓片并排膠，將排膠后的小圓片在1065~1135°C保溫1-5小時(shí)燒結(jié)，得陶瓷片；
[0015](5)將步驟(4)保溫?zé)Y(jié)后的陶瓷片被上銀電極；被上銀的陶瓷片在30~150°C的硅油中，應(yīng)用電場(chǎng)為3-4kV/_電壓下極化10-30分鐘；
[0016](6)極化完成后，將所述陶瓷片從硅油中取出，即獲得高壓電常數(shù)的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷樣品，將其在空氣中靜置24小時(shí)后，然后采用IEEE標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量所得該無(wú)鉛壓電陶瓷的電學(xué)性能。
[0017]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益的技術(shù)效果:
[0018]1、本發(fā)明提供的無(wú)鉛壓電陶瓷具有迄今為止最高的壓電性能，其壓電常數(shù)d33最高可達(dá)470pC/N ;平面機(jī)電耦合系數(shù)kp可達(dá)47% ;居里溫度T。高達(dá)313°C ;其壓電常數(shù)相比目前在室溫構(gòu)建正交-四方相界區(qū)域的堿金屬鈮酸鹽基無(wú)鉛壓電陶瓷的壓電常數(shù)200~350pC/N 還高。[0019]2、本發(fā)明提供的無(wú)鉛壓電陶瓷由于具有較高的居里溫度，因而由該陶瓷制備的器件可在較高的溫度下工作，因而在高溫電子設(shè)備中具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。[0020]3、本發(fā)明提供的無(wú)鉛壓電陶瓷由于不含價(jià)格昂貴的鉭元素，與性能相當(dāng)?shù)腫(KcNad) ^eLie] [NbaSbeTaY]03相比，所用原料價(jià)格低廉，因而節(jié)約成本，有利于促進(jìn)實(shí)用化進(jìn)程，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。
[0021]4、本發(fā)明提供的無(wú)鉛壓電陶瓷可以采用工業(yè)原料經(jīng)傳統(tǒng)陶瓷制備技術(shù)獲得，其工藝簡(jiǎn)單穩(wěn)定，易于操作。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的在1=0、0.03、0.04、0.05變化取值時(shí)，在7=0.52，
z=0.05, u=0.18 固定取值時(shí)的(1-x) K0.48Na0.52 (Nb。.95Sb0.05) O3-XBi0.5 (Na。.82K0.18) 0.5Zr03無(wú)鉛壓電陶瓷在IOOkHz下的相對(duì)介電常數(shù)ε r隨溫度的變化曲線；
[0023]圖2 是本發(fā)明實(shí)施例 2 制備的在 y=0.40，0.44，0.48，0.52，0.56，0.60，0.64，
0.68 變化值時(shí)，在 χ=(λ 04，z=0.05，u=0.18 固定取值時(shí)的(λ 96 (K1^yNay) (Nba95Sbatl5)03+0.04Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5Zr03無(wú)鉛壓電陶瓷的x射線衍射圖譜；
[0024]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2制備的在y=0.40，0.48，0.56，0.64，0.68變化取值時(shí)，在 χ=0.04，z=0.05, u=0.18 固定取值時(shí)的 0.96 (K^yNay) (Nba95Sba05)03+0.(MBia5(Naa82Kai8)a5ZrO3X鉛壓電陶瓷在IOOkHz下的相對(duì)介電常數(shù)ε ^隨溫度的變化曲線；
[0025]圖4是本發(fā)明實(shí)施例3制備的在ζ=0.02，0.04，0.05，0.06變化取值時(shí)，在χ=0.04，
y=0.52，u=0.18 固定取值時(shí)的 0.96 (K0.48Na0.52) (Nb1^zSbz) 03+0.(MBia5(Naa82Kai8)a5ZrO3 無(wú)鉛壓電陶瓷在IOOkHz下的相對(duì)介電常數(shù)ε r隨溫度的變化曲線；
[0026]圖5是本發(fā)明實(shí)施例4制備的在u=0，0.18，0.40，0.60，0.80，1.00變化
取值時(shí)，在 x=0.04, y=0.52, z=0.05 固定取值時(shí)的 0.96 (K0.48Na0.52) (Nba95Sba05)03+0.04Bi0.5 (Na1Ju) 0.5Zr03無(wú)鉛壓電陶瓷在IOOkHz下的相對(duì)介電常數(shù)ε r隨溫度的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷作進(jìn)一步描述，有必要在此指出的是所述實(shí)施例只是用于對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)理解為是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的任何限制，該領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)性的改進(jìn)和調(diào)整。
[0028]以下實(shí)施例中，給出了不同組分的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷在具體制備工藝條件下所得到的d33、kp、tan δ , ε ^和Τ。等性能參數(shù):
[0029]實(shí)施例1
[0030]按照通式(1-x)(IVyNay) (Nb1^zSbz) 03+xBi0.5 (Na1^uKu) 0.5Zr03 表示的鈮銻酸鉀鈉 _ 鋯酸鉍鈉鉀二元系鈣鈦礦型無(wú)鉛壓電陶瓷含量進(jìn)行配料；
[0031]當(dāng)x=0, y=0.52, z=0.05, u=0.18 時(shí)，
[0032]其配方一為:(K0.48Na0.52)(Nba95Sba05)O3 ；[0033]當(dāng)χ=0.03，y=0.52，z=0.05，u=0.18 時(shí)，
[0034]其配方二為:0.97 (K0 48Na0 52) (Nb。95Sb。。5) 03_0.03Bi。5 (Na。82Κ。18)。5Zr03 ；
[0035]當(dāng)x=0.04，y=0.52，z=0.05，u=0.18 時(shí)，
[0036]其配方三為:0.96 (K。48Na。52) (Nb。95Sb。。5) 03_0.04Bi。5 (Na。82Κ。18)。5Zr03 ；
[0037]當(dāng) x=0.05，y=0.52，z=0.05，u=0.18 時(shí)，
[0038]其配方四為:0.95 (K0 48Na0 52) (Nb0 95Sb0 05) 03_0.05Bi。5 (Na。82Κ。18)。5Zr03。
[0039]配方一的制備:以分析純的Na2CO3, K2CO3, Nb2O5和Sb2O3為原料，將各原料按重量百分比準(zhǔn)確稱(chēng)量；將稱(chēng)量好的原料以無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，用滾動(dòng)球磨24小時(shí)后烘干得到混合干粉；將所得干粉在850°C保溫6小時(shí)預(yù)燒，然后在預(yù)燒好的粉料中加入濃度為10wt%的聚乙烯醇水溶液造粒；造粒后用直徑為IOmm的磨具在IOMPa的壓力下壓制成小圓片,其直徑為10mm，厚度為1mm，并排膠，將排膠后的小圓片在不同溫度下、不同保溫時(shí)間燒結(jié)，得陶瓷片；將燒結(jié)后的陶瓷片被上銀電極，并在不同溫度的硅油中，在4kV/mm電壓下極化30分鐘。將極化后的陶瓷片在空氣中靜置24小時(shí)后，采用IEEE標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電學(xué)性能的測(cè)試。
[0040]配方二 -四的制備:以分析純的Na2CO3, K2CO3, Nb2O5, Sb2O3^Bi2O3和ZrO2為原料，分別按照配方二 -四的化學(xué)式進(jìn)行配料；將各原料按重量百分比準(zhǔn)確稱(chēng)量；其他制備條件和所用參數(shù)與配方一相同。
[0041]本實(shí)施例制備的當(dāng)x=0,0.03，0.04，0.05 為變化取值時(shí)，y=0.52，z=0.05，u=0.18為固定取值時(shí)的(1-x) (K0.48Na0.52) (Nba95Sbatl5)O3-XBia5(Naa82Kai8)a5ZrO3 無(wú)鉛壓電陶瓷在IOOkHz下的相對(duì)介電常數(shù)ε r隨溫度的變化曲線如圖1所示。
[0042]本實(shí)施例配方一-`四在不同溫度下燒結(jié)、不同保溫時(shí)間和不同溫度的硅油中極化，以及用IEEE標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試所得無(wú)鉛壓電陶瓷的電學(xué)性能等，見(jiàn)表1所示。
[0043]表1在室溫條件下，配方一-四的無(wú)鉛壓電陶瓷的制備參數(shù)以及電學(xué)性能
[0044]
X 燒結(jié)溫度保溫時(shí)間極化Ai度知 I kp tand'εχ Tc
(0C) (小時(shí)) (0C) (pC/N) I(IOkHz) (IOkHz) (0C)
O10855150 ISO [ ().2「 0.059 642 313
0.03 10954100 3200.037 2272 249
0.04 1105330470 | 0.47 0.038 2726 227
0.05 1120I30180 | 0:2^ 0.048 3256 186
[0045]實(shí)施例2
[0046]按照通式(1-x)(IVyNay) (Nb1^zSbz) 03+xBi0.5 (Na1^uKu) 0.5Zr03 表示的鈮銻酸鉀鈉 _ 鋯酸鉍鈉鉀二元系鈣鈦礦型無(wú)鉛壓電陶瓷含量進(jìn)行配料；
[0047]當(dāng)χ=0.04，y=0.40，z=0.05，u=0.18 時(shí)，
[0048]其配方一為:0.96 (K0.60Na0.40) (Nb0 95Sb0 05) 03+0.04Bi。5 (Na。82K。18)。5Zr03 ；
[0049]當(dāng)χ=0.04，y=0.44，z=0.05，u=0.18 時(shí)，
[0050]其配方二為:0.96 (K0 56Na0 44) (Nb0 95Sb0 05) 03+0.04Bi。5 (Na。82K。18)。5Zr03 ；
[0051]當(dāng) x=0.04，y=0.48，z=0.05，u=0.18 時(shí)，[0052]其配方三為:0.96 (K0 52Na0 48) (Nb0 95Sb0 05) 03+0.04Bi。5 (Na。82K。18) ? 5Zr03 ；
[0053]當(dāng)χ=0.04，y=0.52，z=0.05，u=0.18 時(shí)，
[0054]其配方四為:0.96 (K0.48Na0.52) (Nba95Sbatl5)Oj0.(MBia5(Naa82Kai8)a5ZrO3 ；
[0055]當(dāng) x=0.04，y=0.56，z=0.05，u=0.18 時(shí)，
[0056]其配方五為:0.96 (K。44Na。56) (Nb0 95Sb0 05) 03+0.04Bi。5 (Na。82K。18)。5Zr03 ；
[0057]當(dāng) x=0.04，y=0.60，z=0.05，u=0.18 時(shí)，
[0058]其配方六為:0.96(K0 40Na0 60) (Nb0 95Sb0 05) 03+0.04Bi。5 (Na。82K。18)。5Zr03 ；
[0059]當(dāng) x=0.04，y=0.64，z=0.05，u=0.18 時(shí)，
[0060]其配方七為:0.96 (K0 36Na0 64) (Nb0 95Sb0 05) 03+0.04Bi。5 (Na。82K。18) ? 5Zr03 ；
[0061]當(dāng) x=0.04，y=0.68，z=0.05，u=0.18 時(shí)，
[0062]其配方八為:0.96 (K。32Na。68) (Nb0 95Sb0 05) 03+0.04Bi。5 (Na。82K。18)。5Zr03。
[0063]以分析純的Na2CO3, K2CO3, Nb2O5, Sb2O3, Bi2O3和ZrO2為原料，分別按照相應(yīng)配方一-八的化學(xué)式進(jìn)行配料，將各原料按重量百分比準(zhǔn)確稱(chēng)量；將稱(chēng)量好的原料以無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，用滾動(dòng)球磨24h后烘干得到干粉，將所得干粉在850°C保溫6小時(shí)預(yù)燒，然后在預(yù)燒好的粉料中加入濃度為10?丨％的聚乙烯醇水溶液造粒，造粒后用直徑為IOmm的磨具在IOMPa的壓力下壓制成小圓片，并排膠；將排膠后的小圓片在1105°C保溫?zé)Y(jié)3小時(shí)得陶瓷片，燒結(jié)后的陶瓷片被上銀電極，并放入30°C的硅油中，在4kV/mm電壓下極化30分鐘，極化完成后，將所述陶瓷片從硅`油中取出，在空氣中靜置24小時(shí)后，采用IEEE標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電學(xué)性能的測(cè)試，其結(jié)果如表2所示。
[0064]本實(shí)施例制備的當(dāng)y=0.40，0.44，0.48，0.52，0.56，0.60，0.64，0.68 為
變化取值時(shí)，x=0.04，z=0.05，u=0.18 為固定取值時(shí)的 0.96 (K1^yNay) (Nba95Sbatl5)03+0.04Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5Zr03無(wú)鉛壓電陶瓷的x射線衍射圖譜如圖2所示；本實(shí)施例制備的 0.96 (IVyNay) (Nb0.95Sb0.05) 03+0.04Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5Zr03 無(wú)鉛壓電陶瓷在 IOOkHz 下的相對(duì)介電常數(shù)L隨溫度的變化曲線如圖3所示。
[0065]表2在室溫條件下，配方一-八的無(wú)鉛壓電陶瓷的電學(xué)性能
【權(quán)利要求】
1.一種高壓電常數(shù)的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷，其特征在于它由通式(1-X) (IVyNay) (NbhSbz) 03+xBia5 (NanKu)a5ZrO3 表示,式中的 x、y、z、u 表示復(fù)合離子中相應(yīng)元素材料在各組元中所占的原子數(shù)，即原子百分比；所有元素的原子數(shù)總和應(yīng)為1，式中 O < X < 0.05,0.40 <y <0.68,0.02 < z < 0.06，O < u < I。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓電常數(shù)的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷，其特征在于其晶體構(gòu)型為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述高壓電常數(shù)的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷，其特征在于該二元系無(wú)鉛壓電陶瓷的壓電常數(shù)d33高達(dá)470pC/N ;平面機(jī)電耦合系數(shù)kp高達(dá)47% ;居里溫度T。高達(dá)313°C。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述高壓電常數(shù)的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷的制備方法，其特征在于包括以下工藝步驟: (1)采用傳統(tǒng)固相燒結(jié)法制備工藝，以分析純的碳酸鈉，或碳酸鉀，或五氧化二鈮，或三氧化二銻，或氧化鉍，或氧化鋯為原料，按照相應(yīng)體系的(1-x) OVyNay) (NlvzSbz)03+xBi0.5 (Na1-A) ο.5Zr03 進(jìn)行配料； (2)將步驟(1)配制好的原料以無(wú)水乙醇作為球磨介質(zhì)，用滾動(dòng)球磨20-24小時(shí)后烘干得到混合干粉； (3)將步驟(2)所得混合干粉在800-950°C保溫3_6小時(shí)預(yù)燒；在預(yù)燒好的粉料中加入10wt%的聚乙烯醇水溶液造粒； (4)將步驟(3)造粒后的粉體，利用磨具將其壓制成小圓片并排膠；將排膠后的小圓片在1065~1135°C保溫1-5小時(shí)燒結(jié)，得陶瓷片； (5)將步驟(4)燒結(jié)后的陶瓷片被上銀電極；被上銀的陶瓷片在30~150°C的硅油中，應(yīng)用電場(chǎng)為3-4kV/mm電壓下極化10-30分鐘； (6)極化完成后，將所述陶瓷片從硅油中取出，即獲得高壓電常數(shù)的鈮銻酸鉀鈉-鋯酸鉍鈉鉀二元系無(wú)鉛壓電陶瓷，將其在空氣中靜置24小時(shí)，然后采用IEEE標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量所得該無(wú)鉛壓電陶瓷的電學(xué)性能。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK103482977SQ201310392216
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】吳家剛, 王曉鵬, 程曉靜, 肖定全, 朱建國(guó) 申請(qǐng)人:四川大學(xué)