CN101786880B - 一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101786880B
CN101786880B CN2010101092695A CN201010109269A CN101786880B CN 101786880 B CN101786880 B CN 101786880B CN 2010101092695 A CN2010101092695 A CN 2010101092695A CN 201010109269 A CN201010109269 A CN 201010109269A CN 101786880 B CN101786880 B CN 101786880B
Authority
CN
China
Prior art keywords
potassium
niobate
powder
piezoelectric ceramics
lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2010101092695A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101786880A (zh
Inventor
李永祥
王有亮
陆毅青
赵宇
王东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Ceramics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority to CN2010101092695A priority Critical patent/CN101786880B/zh
Publication of CN101786880A publication Critical patent/CN101786880A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101786880B publication Critical patent/CN101786880B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明涉及一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷及其制备方法。该铌酸钾钠-铌酸钾锂无铅压电陶瓷，其化学式为(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3，其中0.3≤x≤0.7，0＜y≤0.50。本发明采用两步固相反应烧结工艺来制备铌酸钾钠-铌酸钾锂陶瓷：先分别预合成纯相的铌酸钾钠和铌酸钾锂，然后将二者混合压片后进行反应烧结。制备的铌酸钾钠-铌酸钾锂压电性能优异，d33可达219pC/N左右，kP可达47％以上，居里温度TC高达488℃以上。由本发明方法制备的高性能铌酸盐体系无铅压电陶瓷，在高温条件下收发两用型压电换能器方面具有重要的应用价值。

Description

一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷及其制备方法，属于环境友好型无铅压电陶瓷领域。
背景技术
铁电压电陶瓷是一类重要的、不可替代的、国际竞争极为激烈的高技术材料，被广泛地应用于制作超声换能器、压电变压器、滤波器、压电蜂鸣器等器件，在信息、激光、航天和医疗等领域有着极为广泛的应用。传统的铁电压电陶瓷主要是含铅陶瓷，如PZT、PMN-PT、PZN-PT等。这些含铅陶瓷在其准同型相界附近都显示出了极为优异的铁电压电性能。但是，这类材料氧化铅含量高达60％～70％，在制备、使用及废弃后处理过程中都会给人类和生态环境带来严重危害。
近年来，随着环境保护和人类社会可持续发展的需求，研究新型环境友好型无铅压电陶瓷已成为世界发达国家致力研究的热点材料之一。2001年欧洲议会通过了关于“电器与电子设备中限制有害物质”的法令，并已于2006年实施，其中被限制使用的有害物质中就包括铅。美国、日本以及我国电子***也相继准备通过类似的法令，并已逐年加强对无铅压电陶瓷项目的支持力度。因此大力发展环境友好型无铅铁电压电陶瓷及其器件，具有重大的社会和经济意义。
目前，已开发的无铅压电陶瓷体系大致可分为钛酸钡基、含铋层状结构、钛酸铋钠基和铌酸盐系无铅压电陶瓷等，其中铌酸盐系无铅压电陶瓷又分为钨青铜结构铌酸盐和钙钛矿结构铌酸钾钠基压电陶瓷。
钨青铜结构铌酸盐是仅次于钙钛矿结构材料的第二大电子陶瓷，其结构特征是铌氧八面体共角相连，形成三种空位，即五边形的A1位置，四边形的A2位置，和三角形的C位置。所以其一般的通式写为(A1)4(A2)2C4Nb10O30。这类材料具有高居里温度、低介电常数、低机械品质因数以及优异的非线性光学性能、光电性能和抗光损伤性能。其中，代表性材料铌酸钾锂(KLN)单晶还具有自发极化大，机电耦合系数kt高达0.64的特点。其作为光电单晶多年来一直被广泛研究，但作为陶瓷，其介电铁电性能研究很少，难以找到相关的报道。
钙钛矿结构铌酸钾钠(KNN)基无铅压电陶瓷的压电性能优良，被认为是极有可能取代铅基压电陶瓷的材料体系之一。目前，人们通过掺杂改性对铌酸钾钠基无铅压电陶瓷做了大量研究，主要有KNN-LiMO3(M＝Nb，Ta，Sb)，KNN-AgMO3(M＝Nb，Ta，Sb)，KNN-MTiO3(M＝Mg，Ca，Sr，Ba)，KNN-Bi0.5M0.5TiO3(M＝Na，K)等。发现随着掺杂含量的变化有准同型相界出现，并且在准同型相界附近获得了致密性、铁电压电性能良好的KNN基无铅压电陶瓷。但其性能和含铅陶瓷相比仍有差距，并且多伴随有居里温度降低的情况。而且这些掺杂固溶局限于钙钛矿结构的铌酸钾钠与(类)钙钛矿结构的化合物之间。
2009年，曾江涛等人[J.Am.Ceram.Soc.，vol.92，no.3，pp.752-754，Mar.2009.]报道研究了(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xK3Li2Nb5O15(x＝0，0.02，0.03，0.04，0.05)陶瓷体系。这是首次将铌酸钾钠与以铌酸钾锂为代表的钨青铜结构铌酸盐之间的掺杂固溶。但是这些研究掺杂量较小，取点少，且制备时直接将含K、Na、Li、Nb元素的化合物混合在一起以一步法预合成，没有单独合成铌酸钾锂，而铌酸钾锂按严格化学计量比时晶体结构不稳定，只存在于富铌区域。并且报道的压电系数较低，小于160pC/N。
因此，铌酸钾钠与钨青铜结构铌酸盐的掺杂固溶具有广阔的研究空间和前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有较高的压电系数和居里温度的铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷及其制备方法，以克服现有技术的不足。
本发明采用以下技术方案来解决以上技术问题：
本发明的一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷(简称xKNN-yKLN)，其特征在于，化学式为(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3，其中0.3≤x≤0.7，0＜y≤0.50。
上述化学式(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3中，右下标数字及字母x、y均表示相应化学元素间的化学计量摩尔关系。
优选的，上述化学式(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3中，0.3≤x≤0.7，0.02≤y≤0.25。
本发明还提供了一种上述铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷的制备方法，其特征在于，先分别预合成纯相的化学式为(K1-xNax)NbO3的铌酸钾钠，和纯相的化学式为K2.9Li1.95Nb5.15O15.3的铌酸钾锂，然后将二者按照化学式(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3中的化学计量比混合、压片后进行反应烧结；其中，0.3≤x≤0.7，0＜y≤0.50。
上述制备方法具体包括以下步骤：
1)按化学式(K1-xNax)NbO3中的化学计量比称取钾盐、钠盐和五氧化二铌，然后进行球磨，烘干后过60～200目筛子得到干粉；
2)按化学式K2.9Li1.95Nb5.15O15.3中的化学计量比称取钾盐、锂盐和五氧化二铌，然后进行球磨，烘干后过60～200目筛子得到干粉；
3)将步骤1)中所得的粉料在500～850℃的空气中预合成2～6小时，再经研磨过筛后得到钙钛矿结构的(K1-xNax)NbO3粉料；优选于在700～850℃的空气中预合成4～6小时；
4)将步骤2)中所得的粉料在700～1000℃的空气中预合成2～10小时，再经研磨过筛后得到钨青铜结构的K2.9Li1.95Nb5.15O15.3粉料；优选于在960～1000℃的空气中预合成4～6小时；
5)将步骤3)和步骤4)中所得的粉料，按照化学式(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3中的化学计量比配料，然后进行球磨混合，烘干后添加粘合剂混合，造粒；
6)将步骤5)所得的粉料于100～300MPa进行压片，再于500～700℃排塑，然后在1000～1150℃空气中烧结2～5小时，随炉冷却，得到陶瓷片。
上述制备方法中，所述钾盐、钠盐、锂盐和五氧化二铌最好为干燥的无水物质，最好在使用前进行烘干处理以保证其干燥状态，如在使用前于120℃干燥24小时。
所述钾盐优选为碳酸钾或硝酸钾；所述钠盐优选为碳酸钠或硝酸钠；所述锂盐优选为碳酸锂或硝酸锂。
上述制备方法中，所述粘合剂采用本领域内常规使用的粘合剂均可，如浓度为5wt％聚乙烯醇(PVA)，其添加量优选为占步骤5)中所述烘干后所得粉料的8～25wt％；优选为8～20wt％。
优选的，步骤3)和步骤4)中，以2～10℃/min的升温速率升温至所述预合成温度，优选以2～5℃/min的速率升温。
由本发明方法制备的高性能铌酸盐体系无铅压电陶瓷可应用于高温条件下的收发两用型压电换能器。
与现有的铌酸钾钠压电陶瓷制备技术相比，本发明具有以下特点和优点：
a)本发明首次***地研究了铌酸钾钠与钨青铜结构的铌酸钾锂间的掺杂固溶，开拓了铌酸钾钠压电陶瓷研究的新领域。
b)本发明首次采用两步固相反应烧结，即分别预合成纯相的铌酸钾钠和铌酸钾锂之后，将二者混合压片进行反应烧结。一次性的完成化合物的合成和陶瓷烧结的过程，这有利于获得晶粒细小均匀的陶瓷，提高陶瓷的致密度，有效地改善了铌酸钾钠压电陶瓷的烧结特性，进而提高其电学性能。
c)本发明所制备的铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷，与传统的铌酸盐陶瓷相比较，整体电学性能大大增强，尤其是压电系数d33达到219pC/N，kP达到47％，居里温度达到488℃，已达到了可以实际应用的性能指标。
d)本发明所选原料价格低廉、制备方法简单，过程控制工艺稳定，无环境污染，易于推广。
附图说明
图1为K2.9Li1.95Nb5.15O15.3预合成粉体在室温下(25℃)的X射线衍射图。由图可见，经960℃下保温6小时，合成纯相的钨青铜结构铌酸钾锂。
图2为(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3陶瓷，当x＝0.52时在室温下(25℃)的X射线衍射图。
图中，KNN-KLN2代表y＝0.02时的铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷，依此类推。由图可见，掺杂后的KNN陶瓷仍属于钙钛矿结构，当y≥0.12时少量钨青铜结构相开始出现。当y≤0.10时，结构正交相。而当y≥0.20时，结构变为四方相。
图3为(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3陶瓷，当x＝0.52时的介电温谱。图中，KNN-KLN2代表y＝0.02时的铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷，依此类推。
图4为(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3陶瓷，当x＝0.52时在室温下(25℃)的介电常数和介质损耗。
图5为(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3陶瓷，当x＝0.52时的压电系数。
图6为(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3陶瓷，当x＝0.52时的居里温度及正交相-四方相转变温度。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
本发明实施例中需要的原料情况如下：
无水碳酸锂(Li2CO3)，纯度为98％；
无水碳酸钠(Na2CO3)，纯度为99.8％；
无水碳酸钾(K2CO3)，纯度为99％；
五氧化二铌(Nb2O5)，纯度为99.5％。
测试方法：
将所得的陶瓷片用砂纸磨至0.5mm厚，双面涂上银浆后在600～800℃条件下烧渗银电极。烧好银的片子在80～160℃的硅油油浴中极化，极化条件为3～4kV/mm维持10～30分钟。放置24小时后进行电学性能测试。
本发明采用X-射线衍射分析仪(XRD)来确定预合成粉体和陶瓷样品的晶体结构和相结构。陶瓷的体积密度根据国际《GB2412-81》压电陶瓷体积密度的测量方法，利用阿基米德原理测量。通过Agilent 4294A阻抗分析仪测量极化后陶瓷样品的机电耦合系数和机械品质因数及介电性能。采用中国科学院声学研究所生产的ZJ-3A型准静态测量仪测量压电系数d33。
实施例1
本实施例的一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷，其化学式为(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3，其中摩尔比x＝0.52，y＝0.02。
本实施例的准备过程为：
1)将无水碳酸钾、无水碳酸钠、无水碳酸锂、五氧化二铌于120℃在干燥箱干燥24小时烘干，分别按化学计量比(K0.48Na0.52)NbO3、K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配料；
2)步骤(1)中所述混合的原料分别以无水乙醇为介质进行球磨，烘干后过120目筛子得到干粉；
3)以步骤(2)中所得的按(K0.48Na0.52)NbO3配比混合的粉料以2℃/min的升温速率在800℃空气中预合成4小时，研磨过筛后得到钙钛矿结构的(K0.48Na0.52)NbO3粉料；
4)以步骤(2)中所得的按K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配比混合的粉料以5℃/min的升温速率在960℃空气中预合成6小时，研磨过筛后得到钨青铜结构的K2.9Li1.95Nb5.15O15.3粉料；
5)将步骤(3)所得的(K0.48Na0.52)NbO3和步骤(4)中所得的K2.9Li1.95Nb5.15O15.3按照化学计量比0.98(K0.48Na0.52)NbO3-(0.02/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配料，以无水乙醇为介质进行球磨混合，烘干粉料后添加占粉末料重10wt％的浓度为5wt％的PVA粘合剂混合，造粒；
6)以步骤(5)所得的粉料以300MPa干压成型为直径15mm、厚度为2.3mm的圆形坯片，在650℃排塑，然后在1120℃空气中烧结2小时，随炉冷却，得到致密陶瓷片；
7)将步骤(6)所得的陶瓷片用砂纸磨至0.5mm厚，双面涂上银浆后在800℃条件下烧渗银电极。烧好银的片子在100℃的硅油油浴中极化，极化条件为4kV/mm维持30分钟。放置24小时后进行电学性能测试。
本实施例中的原料碳酸钾、碳酸钠和碳酸锂均可由硝酸钾、硝酸钠和硝酸锂替代，所制备的铌酸钾钠-铌酸钾锂性能如表1所示：
表1
    ε33 T/ε0(1kHz)   tanδ(1kHz)   d33(pC/N)     kt(％)     TO-T(℃)     Tc(℃)
    466   0.03   128     36.5     190     422
实施例2
实施例的一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷，其化学式为(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3，其中摩尔比x＝0.52，y＝0.05。
本实施例的准备过程为：
(1)将无水碳酸钾、无水碳酸钠、无水碳酸锂、五氧化二铌于120℃在干燥箱干燥24小时烘干，分别按化学计量比(K0.48Na0.52)NbO3、K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配料；
(2)步骤(1)中所混合的原料分别以无水乙醇为介质进行球磨，烘干后过120目筛子得到干粉；
(3)以步骤(2)中所得的按(K0.48Na0.52)NbO3配比混合的粉料以5℃/min的升温速率在750℃空气中预合成5小时，研磨过筛后得到钙钛矿结构的(K0.48Na0.52)NbO3粉料；
(4)以步骤(2)中所得的按K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配比混合的粉料以2℃/min的升温速率在1000℃空气中预合成4小时，研磨过筛后得到钨青铜结构的K2.9Li1.95Nb5.15O15.3粉料；
(5)将步骤(3)所得的(K0.48Na0.52)NbO3和步骤(4)中所得的K2.9Li1.95Nb5.15O15.3按照化学计量比0.95(K0.48Na0.52)NbO3-(0.05/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配料，以无水乙醇为介质进行球磨混合，烘干粉料后添加占粉末料重12wt％的浓度为5wt％的PVA粘合剂混合，造粒；
(6)以步骤(5)所得的粉料以200MPa干压成型为直径15mm、厚度为2.6mm的圆形坯片，在600℃排塑，然后在1110℃空气中烧结3小时，随炉冷却，得到致密陶瓷片；
(7)将步骤(6)所得的陶瓷片用砂纸磨至0.5mm厚，双面涂上银浆后在700℃条件下烧渗银电极。烧好银的片子在80℃的硅油油浴中极化，极化条件为3～4kV/mm维持30分钟。
本实施例制备的铌酸钾钠-铌酸钾锂性能如表2所示：
表2
    ε33 T/ε0(1kHz)   tanδ(1kHz)   d33(pC/N)     kt(％)     TO-T(℃)     Tc(℃)
    466   0.03   126     42.5     173     434
实施例3
本实施例的一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷，其化学式为(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3，其中摩尔比x＝0.4，y＝0.10。
本实施例的准备过程为：
(1)将无水碳酸钾、无水碳酸钠、无水碳酸锂、五氧化二铌于120℃在干燥箱干燥24小时烘干，分别按化学计量比(K0.6Na0.4)NbO3、K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配料；
(2)步骤(1)中所混合的原料分别以无水乙醇为介质进行球磨，烘干后过120目筛子得到干粉；
(3)以步骤(2)中所得的按(K0.6Na0.4)NbO3配比混合的粉料以3℃/min的升温速率在850℃空气中预合成4小时，研磨过筛后得到钙钛矿结构的(K0.6Na0.4)NbO3粉料；
(4)以步骤(2)中所得的按K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配比混合的粉料以2℃/min的升温速率在960℃空气中预合成4小时，研磨过筛后得到钨青铜结构的K2.9Li1.95Nb5.15O15.3粉料；
(5)将步骤(3)所得的(K0.6Na0.4)NbO3和步骤(4)中所得的K2.9Li1.95Nb5.15O15.3按照化学计量比0.9(K0.6Na0.4)NbO3-(0.10/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配料，以无水乙醇为介质进行球磨混合，烘干粉料后添加占粉末料重15wt％的浓度为5wt％的PVA粘合剂混合，造粒；
(6)以步骤(5)所得的粉料以300MPa干压成型为直径15mm、厚度为2.3mm的圆形坯片，在700℃排塑，然后在1100℃空气中烧结2小时，随炉冷却，得到致密陶瓷片；
(7)将步骤(6)所得的陶瓷片用砂纸磨至0.5mm厚，双面涂上银浆后在750℃条件下烧渗银电极。烧好银的片子在150℃的硅油油浴中极化，极化条件为3～4kV/mm维持30分钟。
本实施例制备的铌酸钾钠-铌酸钾锂性能如表3所示：
表3
    ε33 T/ε0(1kHz)   tanδ(1kHz)   d33(pC/N)     kt(％)     TO-T(℃)     Tc(℃)
    468   0.03   137     40     120     454
实施例4
本实施例的一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷，其化学式为(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3，其中摩尔比x＝0.6，y＝0.15。
本实施例的准备过程为：
(1)将无水碳酸钾、无水碳酸钠、无水碳酸锂、五氧化二铌于120℃在干燥箱干燥24小时烘干，分别按化学计量比(K0.4Na0.6)NbO3、K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配料；
(2)步骤(1)中所混合的原料分别以无水乙醇为介质进行球磨，烘干后过120目筛子得到干粉；
(3)以步骤(2)中所得的按(K0.4Na0.6)NbO3配比混合的粉料以2℃/min的升温速率在700℃空气中预合成6小时，研磨过筛后得到钙钛矿结构的(K0.4Na0.6)NbO3粉料；
(4)以步骤(2)中所得的按K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配比混合的粉料以5℃/min的升温速率在1000℃空气中预合成6小时，研磨过筛后得到钨青铜结构的K2.9Li1.95Nb5.15O15.3粉料；
(5)将步骤(3)所得的(K0.4Na0.6)NbO3和步骤(4)中所得的K2.9Li1.95Nb5.15O15.3按照化学计量比0.85(K0.4Na0.6)NbO3-(0.15/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配料，以无水乙醇为介质进行球磨混合，烘干粉料后添加占粉末料重20wt％的浓度为5wt％的PVA粘合剂混合，造粒；
(6)以步骤(5)所得的粉料以200MPa干压成型为直径15mm、厚度为2.6mm的圆形坯片，在550℃排塑，然后在1090℃空气中烧结3小时，随炉冷却，得到致密陶瓷片；
(7)将步骤(6)所得的陶瓷片用砂纸磨至0.5mm厚，双面涂上银浆后在600℃条件下烧渗银电极。烧好银的片子在150℃的硅油油浴中极化，极化条件为3～4kV/mm维持30分钟。
本实施例制备的铌酸钾钠-铌酸钾锂性能如表4所示：
表4
    ε33 T/ε0(1kHz)     tanδ(1kHz)   d33(pC/N)     kt(％)     TO-T(℃)     Tc(℃)
    563     0.02   183     47     61     471
实施例5
本实施例的一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷，其化学式为(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3，其中摩尔比x＝0.7，y＝0.18。
本实施例的准备过程为：
(1)将无水碳酸钾、无水碳酸钠、无水碳酸锂、五氧化二铌于120在干燥箱干燥24小时烘干，分别按化学计量比(K0.3Na0.7)NbO3、K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配料；
(2)步骤(1)中所混合的原料分别以无水乙醇为介质进行球磨，烘干后过120目筛子得到干粉；
(3)以步骤(2)中所得的按(K0.3Na0.7)NbO3配比混合的粉料以2℃/min的升温速率在850℃空气中预合成6小时，研磨过筛后得到钙钛矿结构的(K0.3Na0.7)NbO3粉料；
(4)以步骤(2)中所得的按K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配比混合的粉料以2℃/min的升温速率在1000℃空气中预合成6小时，研磨过筛后得到钨青铜结构的K2.9Li1.95Nb5.15O15.3粉料；
(5)将步骤(3)所得的(K0.3Na0.7)NbO3和步骤(4)中所得的K2.9Li1.95Nb5.15O15.3按照化学计量比0.82(K0.3Na0.7)NbO3-(0.18/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配料，以无水乙醇为介质进行球磨混合，烘干粉料后添加占粉末料重8wt％的浓度为5wt％的PVA粘合剂混合，造粒；
(6)以步骤(5)所得的粉料以300MPa干压成型为直径15mm、厚度为2.3mm的圆形坯片，在500℃排塑，然后在1040℃空气中烧结5小时，随炉冷却，得到致密陶瓷片；
(7)将步骤(6)所得的陶瓷片用砂纸磨至0.5mm厚，双面涂上银浆后在800℃条件下烧渗银电极。烧好银的片子在150℃的硅油油浴中极化，极化条件为3～4kV/mm维持30分钟。
本实施例制备的铌酸钾钠-铌酸钾锂性能如表5所示：
表5
    ε33 T/ε0(1kHz)   tanδ(1kHz)   d33(pC/N)     kt(％)     TO-T(℃)     Tc(℃)
    690   0.05   219     36.8     23     479
实施例6
本实施例的一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷，其化学式为(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3，其中摩尔比x＝0.3，y＝0.25。
本实施例的准备过程为：
(1)将无水碳酸钾、无水碳酸钠、无水碳酸锂、五氧化二铌于120℃在干燥箱干燥24小时烘干，分别按化学计量比(K0.7Na0.3)NbO3、K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配料；
(2)步骤(1)中所混合的原料分别以无水乙醇为介质进行球磨，烘干后过120目筛子得到干粉；
(3)以步骤(2)中所得的按(K0.7Na0.3)NbO3配比混合的粉料以2℃/min的升温速率在700℃空气中预合成6小时，研磨过筛后得到钙钛矿结构的(K0.7Na0.3)NbO3粉料；
(4)以步骤(2)中所得的按K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配比混合的粉料以5℃/min的升温速率在960℃空气中预合成6小时，研磨过筛后得到钨青铜结构的K2.9Li1.95Nb5.15O15.3粉料；
(5)将步骤(3)所得的(K0.7Na0.3)NbO3和步骤(4)中所得的K2.9Li1.95Nb5.15O15.3按照化学计量比0.75(K0.7Na0.3)NbO3-(0.25/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3配料，以无水乙醇为介质进行球磨混合，烘干粉料后添加占粉末料重9wt％的浓度为5wt％的PVA粘合剂混合，造粒；
(6)以步骤(5)所得的粉料以200MPa干压成型为直径15mm、厚度为2.6mm的圆形坯片，在700℃排塑，然后在1020℃空气中烧结4小时，随炉冷却，得到致密陶瓷片；
(7)将步骤(6)所得的陶瓷片用砂纸磨至0.5mm厚，双面涂上银浆后在650℃条件下烧渗银电极。烧好银的片子在150℃的硅油油浴中极化，极化条件为3～4kV/mm维持30分钟。
本实施例制备的铌酸钾钠-铌酸钾锂性能如表6所示：
表6
  ε33 T/ε0(1kHz)   tanδ(1kHz)   d33(pC/N)     kt(％)     TO-T(℃)     Tc(℃)
  542   0.01   135     30.08     -18     488

Claims (6)

1.一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷，其特征在于，化学式为(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3，其中0.3≤x≤0.7，0＜y≤0.50；所述铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷由下述方法制备获得：先分别预合成纯相的化学式为(K1-xNax)NbO3的铌酸钾钠，和纯相的化学式为K2.9Li1.95Nb5.15O15.3的铌酸钾锂，然后将二者按照化学式(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3中的化学计量比混合、压片后进行反应烧结。
2.如权利要求1所述的铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷，其特征在于，0.3≤x≤0.7，0.02≤y≤0.25。
3.如权利要求1或2所述的铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)按化学式(K1-xNax)NbO3中的化学计量比称取钾盐、钠盐和五氧化二铌，然后进行球磨，烘干后过筛得到干粉；
2)按化学式K2.9Li1.95Nb5.15O15.3中的化学计量比称取钾盐、锂盐和五氧化二铌，然后进行球磨，烘干后过筛得到干粉；
3)将步骤1中所得的粉料在500～850℃的空气中预合成2～6小时，再经研磨过筛后得到钙钛矿结构的(K1-xNax)NbO3粉料；
4)将步骤2中所得的粉料在700～1000℃的空气中预合成2～10小时，再经研磨过筛后得到钨青铜结构的K2.9Li1.95Nb5.15O15.3粉料；
5)将步骤3和步骤4中所得的粉料，按照化学式(1-y)(K1-xNax)NbO3-(y/5.15)K2.9Li1.95Nb5.15O15.3中的化学计量比配料，然后进行球磨混合，烘干后添加粘合剂混合，造粒；
6)将步骤5所得的粉料于100～300MPa进行压片，再于500～700℃排塑，然后在1000～1150℃空气中烧结2～5小时，随炉冷却，得到陶瓷片。
4.如权利要求3所述的铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤3和步骤4中，以2～10℃/min的升温速率升温至所述预合成温度。
5.如权利要求3所述的铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述粘合剂的添加量为占步骤5中所述烘干后所得粉料重量的8～25wt％。
6.如权利要求1或2所述的铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷在收发两用型压电换能器中的应用。
CN2010101092695A 2010-02-11 2010-02-11 一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷及其制备方法 Active CN101786880B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010101092695A CN101786880B (zh) 2010-02-11 2010-02-11 一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010101092695A CN101786880B (zh) 2010-02-11 2010-02-11 一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101786880A CN101786880A (zh) 2010-07-28
CN101786880B true CN101786880B (zh) 2012-06-06

Family

ID=42530280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010101092695A Active CN101786880B (zh) 2010-02-11 2010-02-11 一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101786880B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102276256A (zh) * 2011-06-03 2011-12-14 南京航空航天大学 一种铌酸钾钠无铅压电陶瓷及其制备方法
CN104874805B (zh) * 2015-06-10 2017-05-10 北京科技大学 非线性光学材料铌酸铅锂及其粉体制备方法与应用
CN105789600B (zh) * 2016-04-27 2019-05-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种锂电池正极材料，其制备方法及含有该材料的锂离子电池
CN107176837B (zh) * 2017-05-31 2019-12-06 哈尔滨理工大学 一种超高介电常数钽铌酸钾陶瓷的制备方法
CN109456057B (zh) * 2018-11-01 2021-10-08 歌尔微电子股份有限公司 锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN110357629B (zh) * 2019-08-20 2021-05-28 南京大学 一种钨青铜与钙钛矿结构氧化物形成的固溶体及制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101289318A (zh) * 2008-06-12 2008-10-22 北京科技大学 一种钠离子补偿铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101289318A (zh) * 2008-06-12 2008-10-22 北京科技大学 一种钠离子补偿铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jiangtao Zeng et al..Enhanced Ferroelectric Properties of Potassium Sodium Niobate Ceramics Modified by Small Amount of K3Li2Nb5O15.《J.Am.Ceram.Soc.》.2009,第92卷(第3期),752-754. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101786880A (zh) 2010-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100462330C (zh) 压电陶瓷及其制造方法
CN101786880B (zh) 一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷及其制备方法
CN101462875A (zh) 一种钛酸铋钠基无铅压电陶瓷及其制备工艺
JP5407330B2 (ja) 圧電磁器組成物
CN102910902B (zh) 一种bnt-bt-bkt基钙钛矿体系多元无铅压电陶瓷及其制备方法
CN101234895A (zh) 一种钛酸铋钠基无铅压电陶瓷
CN102924078A (zh) 一种bctz基钙钛矿体系多元无铅压电陶瓷及其制备方法
CN105198417B (zh) 一种锆酸铋钠锂铈掺杂铌酸钾钠基陶瓷材料的制备方法
EP2255397A1 (en) Piezoelectric material
CN102167585B (zh) 一种多元素掺杂钛酸铋基无铅压电陶瓷材料及其制备方法
CN101343182B (zh) 掺杂的五元系低温烧结压电陶瓷材料及其制备方法
CN102531578A (zh) 一种钛酸钡钙-锆钛酸钡-锡钛酸钡三元系无铅压电陶瓷
CN110981468B (zh) 一种钛酸铋钠基压电陶瓷的制备方法
CN105837200A (zh) 一种锰掺杂钛铌酸铋钙锂铈基陶瓷材料及其制备方法
CN103304235A (zh) 一种细晶高强度pmn-pzt压电陶瓷材料的生产方法
CN101302106A (zh) 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷压电材料及其制备方法
CN109704762A (zh) 一种铌酸锶基类反铁电陶瓷及其制备方法和应用
CN101323522A (zh) 一种无铅压电陶瓷及其制备方法
Li et al. Piezoelectric and dielectric properties of PbNb2O6-based piezoelectric ceramics with high Curie temperature
CN101337814A (zh) 低温烧结锑酸锂掺杂的五元系压电陶瓷材料及其制备方法
CN101219892A (zh) 制备钛酸铋取向陶瓷的固相烧结工艺方法
CN106588007B (zh) 一种高品质因数的无铅压电陶瓷
CN106518058B (zh) 一种由钛酸铋钾和氧化锌构成的无铅复合铁电陶瓷及制备
CN103011815A (zh) 三元铁电固溶体铌镥酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅
CN107253859B (zh) 高发光热稳定性的Eu-Bi共掺杂钨青铜结构发光铁电陶瓷材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant