CN116514546A - 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体及无铅压电陶瓷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压电陶瓷技术领域，公开了一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体及无铅压电陶瓷的制备方法。该压电陶瓷粉体的制备方法包括以下步骤：将醇溶性钾盐、醇溶性钠盐和极性有机溶剂制成澄清透明溶液I；将铌盐和柠檬酸溶解到溶剂中，调节pH至不高于5，制成澄清透明溶液II；铌盐中铌元素与柠檬酸的摩尔比为1:3~4；将澄清透明溶液I和II混合制成澄清透明的前驱体溶液后进行雾化，控制雾化气与前驱体溶液的流量比为1.2~1.3L/min:1mL/min，而后在800℃以上的火焰场中生成陶瓷粉体，退火。该制备方法能大大缩短制备时间，能够实现较高的制备效率，且获得的粉体性能较好，用该粉体制备的压电陶瓷具有较好的压电性能。
Description
技术领域
本发明涉及压电陶瓷技术领域，尤其涉及一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体及无铅压电陶瓷的制备方法。
背景技术
压电陶瓷是一种能够实现机械能与电能相互转化的功能陶瓷，可用于压电换能器、压电驱动器和压电传感器等器件中，目前已被广泛应用于各种需要进行超精密加工的现代科学技术中。传统的铅基压电陶瓷含有高浓度的铅（Pb）元素，而铅是一种对人体危害极大的有毒重金属，铅及其化合物进入机体后将对神经、造血、消化、肾脏、心血管和内分泌等多个***造成危害。与此同时，铅元素对生态环境也存在危害性，其回收成本很高。压电器件的无铅化已势在必行。
铌酸钾钠（KNN）是铁电体铌酸钾和反铁电体铌酸钠固溶而成的固溶体。自2004年Saito等人通过织构的方式使铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的压电常数d33高达416 pC/N以来，KNN基无铅压电陶瓷受到了广泛的关注，被认为是取代铅基压电材料的有效方案。目前，国内外许多专家学者利用元素掺杂、工艺优化等方式大大提升了KNN基无铅压电陶瓷的电学性能。
然而，KNN基无铅压电陶瓷多采用固相法（如专利CN201610583893.6）合成，生产工艺复杂，效率较低，能耗大，且合成的陶瓷粉体均匀性和重复性较差，限制了KNN基无铅压电陶瓷电学性能的提高。气相法制备粉体具有制备过程相对简单、效率较高、制得的粉体均匀性和重复性相对较好的优点，但现有技术中尚未实现KNN基无铅压电陶瓷粉体的气相法制备。
发明内容
为了解决现有方法制得的铌酸钾钠基压电陶瓷粉体均匀性差，导致压电陶瓷性能不佳的技术问题，本发明提供了一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体的制备方法。该制备方法获得的产物均匀性好，粉体粒径较小，粒径分布较均匀，活性较高，且能大大缩短制备时间，能够实现较高的制备效率。
本发明还提供了一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法。采用该制备方法，能够使制得的压电陶瓷具有较好的电学性能。
本发明的具体技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体的制备方法，包括以下步骤：
（1）将醇溶性钾盐和醇溶性钠盐溶解到极性有机溶剂中，制成澄清透明溶液I；或者，将醇溶性钾盐、醇溶性钠盐和柠檬酸溶解到极性有机溶剂中，制成澄清透明溶液I；
（2）将铌盐和柠檬酸溶解到溶剂中，而后调节pH至不高于5，制成澄清透明溶液II；所述铌盐为水溶性铌盐或醇溶性铌盐；所述铌盐中铌元素的摩尔量与步骤（1）和（2）中柠檬酸的总摩尔之比为1:3~4；
（3）将澄清透明溶液I和澄清透明溶液II充分混合，制成澄清透明的前驱体溶液；
（4）对前驱体溶液进行雾化，期间控制雾化气与前驱体溶液的流量比为1.2~1.3L/min : 1 mL/min，而后在800℃以上的火焰场中反应生成陶瓷粉体，再将收集到的陶瓷粉体置于烧结装置中进行退火，获得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体。
本发明中，在将前驱体溶液雾化后，在火焰场中钾盐、钠盐和铌盐能够快速反应，蒸发而转化为气相前驱物，再经过成核途径转化为初始固溶体颗粒，初始颗粒通过碰撞-聚并形成固溶体KNN纳米颗粒。采用这种气相法合成KNN基无铅压电陶瓷粉体，工艺较简单，可大大减少工艺时间，生产效率较高，耗能较低，并且，获得的压电陶瓷粉体均匀性较好，钾、钠、铌元素在其中分布较均匀，且粒径较小、粒径分布较均匀，活性较高，重复性较好，有助于提高KNN基无铅压电陶瓷的电学性能。
本发明将钾盐、钠盐、铌盐均制成溶液形式，有利于使钾、钠、铌元素在前驱体溶液中充分分散并均匀分布，并能较好地适应于雾化过程，使前驱体溶液在雾化后，钾、钠、铌元素能够均匀分布于雾化液滴中；同时，在配制前驱体溶液的过程中，将钾盐和钠盐与铌盐分开配制成澄清透明溶液，再混合制成澄清透明的前驱体溶液，能够进一步提高钾、钠、铌元素在前驱体溶液中的分布均匀性；并且，步骤（2）中，利用柠檬酸的络合作用，能够提高铌元素的溶解性和在溶液中的稳定性，而后将溶液pH调节到5以下，有利于确保铌元素的稳定。通过上述方式，能够使钾、钠、铌元素均匀混合，进而提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体的均匀性，使其在制成压电陶瓷后，能够实现较好的电学性能。此外，步骤（4）中在经过火焰场反应后，进行退火，能够确保反应完全，使得到的KNN基无铅压电陶瓷粉体具有较好的均匀性和活性，同样有利于提高压电陶瓷的电学性能。
在采用由醇溶性钾盐、醇溶性钠盐、水溶性或醇溶性铌盐、极性有机溶剂和溶剂构成的前驱体溶液，通过气相法制备KNN基无铅压电陶瓷粉体的过程中，虽然钾、钠、铌元素分布较均匀，但前驱体溶液的热值过低，无法形成稳定的高温（800℃以上）火焰场，易出现反应不充分的情况，制得的压电陶瓷粉体仍然会存在均匀性差、活性低的问题。而本发明中的柠檬酸除了能通过络合作用增加铌元素的溶解度和稳定性以外，其作为一种高热值有机酸，当用量控制在一定范围内时，还能有效提高前驱体溶液的热值，使其雾化后燃烧时能够形成稳定、高温的火焰场，从而确保反应的充分进行，使获得的KNN基无铅压电陶瓷粉体具有较高的均匀性和活性，从而赋予压电陶瓷较好的电学性能。稳定、高温火焰场的形成与柠檬酸的用量有关，基于此，本发明将铌盐中的铌元素与柠檬酸的化学计量比控制在1:3~4，当柠檬酸的用量过少时，难以形成稳定、高温的火焰场。
此外，本发明在雾化过程中将气液比（雾化气与前驱体溶液的流量比）控制在1.2~1.3 L/min : 1 mL/min范围内，能够使雾化液滴平均粒径D10达到8μm左右，喷雾张角达到30°左右，液滴分布集中，在径向方向的扩散量大，这种分布均匀的小尺寸液滴有利于控制粉体合成路径为单一的“气相-颗粒”，即雾化液滴在火焰中完全转变为气相，再由气相形核、长大。而保障“气相-颗粒”转化途径的液相进料雾化火焰气相合成方法是获得尺寸均一的纳米级颗粒的关键。
作为优选，步骤（4）中，所述火焰场由可燃气体、助燃气体和雾化后的前驱体溶液燃烧形成。
进一步地，所述可燃气体和助燃气体分别为甲烷和空气，甲烷与空气的体积比为1:10~13。
当将甲烷与空气的体积比控制在上述范围内时，配合本发明中特定的前驱体溶液体系，在燃烧时能够形成稳定的高温火焰场，同时，甲烷能够充分燃烧，达到较高的利用率，减少能源的浪费。
作为优选，步骤（4）中，在所述雾化的过程中，所使用的雾化气为空气、氧气和氮气中的一种或多种。
作为优选，步骤（4）中，所述退火的温度为400~600℃，时间为2~3 h。
作为优选，步骤（1）中，所述醇溶性钾盐为乙酸钾，所述醇溶性钠盐为乙酸钠，所述极性有机溶剂为乙醇、乙二醇、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）中的一种或多种。
选用上述醇溶性钾盐、醇溶性钠盐和极性有机溶剂，能够使钾、钠元素均匀分散于极性有机溶剂中，形成澄清透明溶液I，有利于使最终制得的KNN基无铅压电陶瓷粉体中，钾、钠元素具有较高的分布均匀性。
作为优选，步骤（2）中，所述铌盐为水溶性铌盐，所述溶剂为水；或者，所述铌盐为醇溶性铌盐，所述溶剂为乙醇、乙二醇、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的一种或多种。
进一步地，步骤（2）中，所述水溶性铌盐为草酸铌、铌酸铵草酸盐水合物和氯化铌中的一种或多种，所述醇溶性铌盐为氯化铌。
选用上述水溶性铌盐和醇溶性铌盐，配合相应的溶剂和极性有机溶剂，能够使澄清透明溶液I和澄清透明溶液II混合后，钾、钠、铌元素可在前驱体溶液中均匀分散，从而使钾、钠、铌元素均匀分布于KNN基无铅压电陶瓷粉体中。
作为优选，分别以钾、钠和铌计，所述醇溶性钾盐、醇溶性钠盐和铌盐之间的摩尔比为0.8~1.5:0.8~1.5:2。
第一方面，本发明提供了一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
S1：采用上述制备方法，制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体；
S2：将步骤S1中获得的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体制成铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。
采用本发明的制备方法制成铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体后，再利用其制备压电陶瓷，能够使制得的压电陶瓷具有较好的电学性能。
作为优选，步骤S2的具体过程包括以下步骤：
S2.1：取步骤S1中获得的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体，装入模具中，进行压制，得到陶瓷生胚；
S2.2：取步骤S1中获得的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体，装入容器中，将步骤S2.1得到的陶瓷生胚埋没于铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体中，进行烧结，而后从铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体中取出陶瓷片；
S2.3：对步骤S2.2得到的陶瓷片进行打磨和清洗，制得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明采用气相法制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体，生产效率高，工艺简单，耗能低，并且，产物具有均匀性好、粉体粒径较小、粒径分布较均匀、活性较高的特点，能够赋予压电陶瓷较好的电学性能；
（2）本发明在气相法制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体的过程中，通过1钾盐、钠盐、铌盐均制成溶液形式+2选择柠檬酸作为络合剂并控制其用量+3在将铌盐制成溶液时控制pH+4在雾化时控制气液比，使制得的压电陶瓷粉体具有较好的均匀性，且粒径较均一，从而提高了压电陶瓷的电学性能。
附图说明
图1为实施例2中获得的KNN基无铅压电陶瓷粉体的SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
总实施例
一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体的制备方法，包括以下步骤：
（1）将醇溶性钾盐和醇溶性钠盐溶解到极性有机溶剂中，制成澄清透明溶液I；或者，将醇溶性钾盐、醇溶性钠盐和柠檬酸溶解到极性有机溶剂中，制成澄清透明溶液I；
（2）将铌盐和柠檬酸溶解到溶剂中，而后调节pH至不高于5，制成澄清透明溶液II；所述铌盐为水溶性铌盐或醇溶性铌盐；所述铌盐中铌元素的摩尔量与步骤（1）和（2）中柠檬酸的总摩尔之比为1:3~4；
（3）将澄清透明溶液I和澄清透明溶液II充分混合，制成澄清透明的前驱体溶液；
（4）对前驱体溶液进行雾化，期间控制雾化气与前驱体溶液的流量比为1.2~1.3L/min : 1 mL/min，而后在800℃以上的火焰场中反应生成陶瓷粉体，再将收集到的陶瓷粉体置于烧结装置中进行退火，获得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体。
作为一种具体实施方式，步骤（4）中，所述火焰场由可燃气体、助燃气体和雾化后的前驱体溶液燃烧形成；所述可燃气体和助燃气体分别为甲烷和空气，甲烷与空气的体积比为1:10~13。
作为一种具体实施方式，步骤（4）中，在所述雾化的过程中，所使用的雾化气为空气、氧气和氮气中的一种或多种。
作为一种具体实施方式，步骤（4）中，所述退火的温度为400~600℃，时间为2~3h。
作为一种具体实施方式，步骤（1）中，所述醇溶性钾盐为乙酸钾，所述醇溶性钠盐为乙酸钠，所述极性有机溶剂为乙醇、乙二醇、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）中的一种或多种。
作为一种具体实施方式，步骤（2）中，所述铌盐为水溶性铌盐，所述溶剂为水；或者，所述铌盐为醇溶性铌盐，所述溶剂为乙醇、乙二醇、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的一种或多种。
作为一种具体实施方式，步骤（2）中，所述水溶性铌盐为草酸铌、铌酸铵草酸盐水合物和氯化铌中的一种或多种，所述醇溶性铌盐为氯化铌。
作为一种具体实施方式，分别以钾、钠和铌计，所述醇溶性钾盐、醇溶性钠盐和铌盐之间的摩尔比为0.8~1.5:0.8~1.5:2。
一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
S1：采用上述制备方法，制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体；
S2：将步骤S1中获得的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体制成铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。
作为一种具体实施方式，步骤S2的具体过程包括以下步骤：
S2.1：取步骤S1中获得的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体，装入模具中，进行压制，得到陶瓷生胚；
S2.2：取步骤S1中获得的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体，装入容器中，将步骤S2.1得到的陶瓷生胚埋没于铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体中，进行烧结，而后从铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体中取出陶瓷片；
S2.3：对步骤S2.2得到的陶瓷片进行打磨和清洗，制得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。
实施例1
通过以下过程，制备一种铌酸钾钠（KNN）基无铅压电陶瓷粉体：
步骤（1）：室温下，称取0.4972 g乙酸钠，0.5948 g乙酸钾，1.7378 g柠檬酸放入烧杯中，在烧杯中加入50 mL乙二醇，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液；
步骤（2）：室温下，称取4.1292 g铌酸铵草酸盐水合物（分子量为302.98 g/mol），1.7378 g柠檬酸放入烧杯中，在烧杯中加入10 mL水，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液，而后用乙酸调节pH至5；
步骤（3）：将步骤（1）和步骤（2）中获得的溶液混合，在超声波的作用下维持2 h，期间溶液温度维持在55±5℃，形成透明的澄清溶液，即KNN前驱体溶液；
步骤（4）：将步骤（3）得到的KNN前驱体溶液，利用注射泵均速送入至雾化器中，将其雾化成小液滴，期间采用空气作为雾化气，控制雾化气与KNN前驱体溶液的流量分别为15L/min和690 mL/h；将雾化获得的小液滴在高温（1100℃）的火焰场中快速反应形成陶瓷粉体，该火焰场由甲烷、空气和雾化获得的小液滴燃烧形成，甲烷与空气的体积比为1:10；将收集得到的陶瓷粉体在烧结炉中退火2 h（退火温度为500℃），以保证KNN陶瓷粉体反应完全，得到KNN基无铅压电陶瓷粉体。
采用本实施例中制得的KNN基无铅压电陶瓷粉体，通过以下过程，制备KNN基无铅压电陶瓷：
步骤S1：称取0.35 g KNN基无铅压电陶瓷粉体，置于φ10模具成型，在0.6 t压力下保压15 s，得到预压片。
步骤S2：将步骤S1得到的预压片放入乳胶手套，抽真空，再置于冷等静压机中，200 MPa下保持120 s，得到KNN陶瓷生坯。
步骤S3：往氧化铝坩埚中加入KNN基无铅压电陶瓷粉体，将步骤S2得到的KNN陶瓷生坯埋没于粉体之中，盖上氧化铝坩埚盖，以5℃/min的速率升温至1150℃，保温5h，而后在180min内降至600℃，随炉冷，从粉体中取出陶瓷片。
步骤S4：将步骤S3得到的陶瓷片进行砂纸打磨，超声清洗，得到KNN基无铅压电陶瓷。
实施例2
通过以下过程，制备一种铌酸钾钠（KNN）基无铅压电陶瓷粉体：
步骤（1）：室温下，称取0.4972 g乙酸钠，0.5948 g乙酸钾放入烧杯中，在烧杯中加入50 mL乙醇，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液；
步骤（2）：室温下，称取4.1292 g铌酸铵草酸盐水合物（分子量为302.98 g/mol），3.4756 g柠檬酸放入烧杯中，在烧杯中加入10 mL水，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液，而后用乙酸调节pH至4；
步骤（3）：将步骤（1）和步骤（2）中获得的溶液混合，在超声波的作用下维持2 h，期间溶液温度维持在55±5℃，形成透明的澄清溶液，即KNN前驱体溶液；
步骤（4）：将步骤（3）得到的KNN前驱体溶液，利用注射泵均速送入至雾化器中，将其雾化成小液滴，期间采用空气作为雾化气，控制雾化气与KNN前驱体溶液的流量分别为15L/min和720 mL/h；将雾化获得的小液滴在高温（1100℃）的火焰场中快速反应形成陶瓷粉体，该火焰场由甲烷、空气和雾化获得的小液滴燃烧形成，甲烷与空气的体积比为1:10；将收集得到的陶瓷粉体在烧结炉中退火2 h（退火温度为 450℃），以保证KNN陶瓷粉体反应完全，得到KNN基无铅压电陶瓷粉体。
采用本实施例中制得的KNN基无铅压电陶瓷粉体，通过以下过程，制备KNN基无铅压电陶瓷：
步骤S1：称取0.35 g KNN基无铅压电陶瓷粉体，置于φ10模具成型，在0.6 t压力下保压15 s，得到预压片。
步骤S2：将步骤S1得到的预压片放入乳胶手套，抽真空，再置于冷等静压机中，200 MPa下保持120 s，得到KNN陶瓷生坯。
步骤S3：往氧化铝坩埚中加入KNN基无铅压电陶瓷粉体，将步骤S2得到的KNN陶瓷生坯埋没于粉体之中，盖上氧化铝坩埚盖，以5℃/min的速率升温至1150℃，保温5h，而后在180min内降至600℃，随炉冷，从粉体中取出陶瓷片。
步骤S4：将步骤S3得到的陶瓷片进行砂纸打磨，超声清洗，得到KNN基无铅压电陶瓷。
实施例3
通过以下过程，制备一种铌酸钾钠（KNN）基无铅压电陶瓷粉体：
步骤（1）：室温下，称取0.4972 g乙酸钠，0.5948 g乙酸钾放入烧杯中，在烧杯中加入50 mL DMSO，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液；
步骤（2）：室温下，称取4.1292 g铌酸铵草酸盐水合物（分子量为302.98 g/mol），3.4756 g柠檬酸放入烧杯中，在烧杯中加入10 mL水，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液，而后用乙酸调节pH至5；
步骤（3）：将步骤（1）和步骤（2）中获得的溶液混合，在超声波的作用下维持2 h，期间溶液温度维持在55±5℃，形成透明的澄清溶液，即KNN前驱体溶液；
步骤（4）：将步骤（3）得到的KNN前驱体溶液，利用注射泵均速送入至雾化器中，将其雾化成小液滴，期间采用空气作为雾化气，控制雾化气与KNN前驱体溶液的流量分别为15L/min和750 mL/h；将雾化获得的小液滴在高温（1100℃）的火焰场中快速反应形成陶瓷粉体，该火焰场由甲烷、空气和雾化获得的小液滴燃烧形成，甲烷与空气的体积比为1:10；将收集得到的陶瓷粉体在烧结炉中退火2 h（退火温度为550℃），以保证KNN陶瓷粉体反应完全，得到KNN基无铅压电陶瓷粉体。
采用本实施例中制得的KNN基无铅压电陶瓷粉体，通过以下过程，制备KNN基无铅压电陶瓷：
步骤S1：称取0.35 g KNN基无铅压电陶瓷粉体，置于φ10模具成型，在0.6 t压力下保压15 s，得到预压片。
步骤S2：将步骤S1得到的预压片放入乳胶手套，抽真空，再置于冷等静压机中，200 MPa下保持120 s，得到KNN陶瓷生坯。
步骤S3：往氧化铝坩埚中加入KNN基无铅压电陶瓷粉体，将步骤S2得到的KNN陶瓷生坯埋没于粉体之中，盖上氧化铝坩埚盖，以5℃/min的速率升温至1150℃，保温5h，而后在180min内降至600℃，随炉冷，从粉体中取出陶瓷片。
步骤S4：将步骤S3得到的陶瓷片进行砂纸打磨，超声清洗，得到KNN基无铅压电陶瓷。
对比例1
通过以下过程，制备一种铌酸钾钠（KNN）基无铅压电陶瓷粉体：
步骤（1）：室温下，称取0.4972 g乙酸钠，0.5948 g乙酸钾放入烧杯中，在烧杯中加入50 mL乙醇，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液；
步骤（2）：室温下，称取4.1292 g铌酸铵草酸盐水合物（分子量为302.98 g/mol），3.4756 g乙二胺四乙酸放入烧杯中，在烧杯中加入10 mL水，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液，而后用乙酸调节pH至4；
步骤（3）：将步骤（1）和步骤（2）中获得的溶液混合，在超声波的作用下维持2 h，期间溶液温度维持在55±5℃，形成透明的澄清溶液，即KNN前驱体溶液；
步骤（4）：将步骤（3）得到的KNN前驱体溶液，利用注射泵均速送入至雾化器中，将其雾化成小液滴，期间采用空气作为雾化气，控制雾化气与KNN前驱体溶液的流量分别为15L/min和720 mL/h ；将雾化获得的小液滴在高温（1100℃）的火焰场中快速反应形成陶瓷粉体，该火焰场由甲烷、空气和雾化获得的小液滴燃烧形成，甲烷与空气的体积比为1:10；将收集得到的陶瓷粉体在烧结炉中退火2 h（退火温度为 450℃），以保证KNN陶瓷粉体反应完全，得到KNN基无铅压电陶瓷粉体。
采用本对比例中制得的KNN基无铅压电陶瓷粉体，通过以下过程，制备KNN基无铅压电陶瓷：
步骤S1：称取0.35 g KNN基无铅压电陶瓷粉体，置于φ10模具成型，在0.6 t压力下保压15 s，得到预压片。
步骤S2：将步骤S1得到的预压片放入乳胶手套，抽真空，再置于冷等静压机中，200 MPa下保持120 s，得到KNN陶瓷生坯。
步骤S3：往氧化铝坩埚中加入KNN基无铅压电陶瓷粉体，将步骤S2得到的KNN陶瓷生坯埋没于粉体之中，盖上氧化铝坩埚盖，以5℃/min的速率升温至1150℃，保温5h，而后在180min内降至600℃，随炉冷，从粉体中取出陶瓷片。
步骤S4：将步骤S3得到的陶瓷片进行砂纸打磨，超声清洗，得到KNN基无铅压电陶瓷。
对比例2
通过以下过程，制备一种铌酸钾钠（KNN）基无铅压电陶瓷粉体：
步骤（1）：室温下，称取0.4972 g乙酸钠，0.5948 g乙酸钾放入烧杯中，在烧杯中加入50 mL乙醇，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液；
步骤（2）：室温下，称取4.1292 g铌酸铵草酸盐水合物（分子量为302.98 g/mol），1.7378 g柠檬酸放入烧杯中，在烧杯中加入10 mL水，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液，而后用乙酸调节pH至4；
步骤（3）：将步骤（1）和步骤（2）中获得的溶液混合，在超声波的作用下维持2 h，期间溶液温度维持在55±5℃，形成透明的澄清溶液，即KNN前驱体溶液；
步骤（4）：将步骤（3）得到的KNN前驱体溶液，利用注射泵均速送入至雾化器中，将其雾化成小液滴，期间采用空气作为雾化气，控制雾化气与KNN前驱体溶液的流量分别为15L/min和720 mL/h；将雾化获得的小液滴在高温（1100℃）的火焰场中快速反应形成陶瓷粉体，该火焰场由甲烷、空气和雾化获得的小液滴燃烧形成，甲烷与空气的体积比为1:10；将收集得到的陶瓷粉体在烧结炉中退火2 h（退火温度为450℃），以保证KNN陶瓷粉体反应完全，得到KNN基无铅压电陶瓷粉体。
采用本对比例中制得的KNN基无铅压电陶瓷粉体，通过以下过程，制备KNN基无铅压电陶瓷：
步骤S1：称取0.35 g KNN基无铅压电陶瓷粉体，置于φ10模具成型，在0.6 t压力下保压15 s，得到预压片。
步骤S2：将步骤S1得到的预压片放入乳胶手套，抽真空，再置于冷等静压机中，200 MPa下保持120 s，得到KNN陶瓷生坯。
步骤S3：往氧化铝坩埚中加入KNN基无铅压电陶瓷粉体，将步骤S2得到的KNN陶瓷生坯埋没于粉体之中，盖上氧化铝坩埚盖，以5℃/min的速率升温至1150℃，保温5h，而后在180min内降至600℃，随炉冷，从粉体中取出陶瓷片。
步骤S4：将步骤S3得到的陶瓷片进行砂纸打磨，超声清洗，得到KNN基无铅压电陶瓷。
对比例3
通过以下过程，制备一种铌酸钾钠（KNN）基无铅压电陶瓷粉体：
步骤（1）：室温下，称取0.4972 g乙酸钠，0.5948 g乙酸钾放入烧杯中，在烧杯中加入50 mL乙醇，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液；
步骤（2）：室温下，称取4.1292 g铌酸铵草酸盐水合物（分子量为302.98 g/mol），3.4756 g柠檬酸放入烧杯中，在烧杯中加入10 mL水，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液；
步骤（3）：将步骤（1）和步骤（2）中获得的溶液混合，在超声波的作用下维持2 h，期间溶液温度维持在55±5℃，形成透明的澄清溶液，即KNN前驱体溶液；
步骤（4）：将步骤（3）得到的KNN前驱体溶液，利用注射泵均速送入至雾化器中，将其雾化成小液滴，期间采用空气作为雾化气，控制雾化气与KNN前驱体溶液的流量分别为15L/min和720 mL/h ；将雾化获得的小液滴在高温（1100℃）的火焰场中快速反应形成陶瓷粉体，该火焰场由甲烷、空气和雾化获得的小液滴燃烧形成，甲烷与空气的体积比为1:10；将收集得到的陶瓷粉体在烧结炉中退火2 h（退火温度为 450℃），以保证KNN陶瓷粉体反应完全，得到KNN基无铅压电陶瓷粉体。
采用本对比例中制得的KNN基无铅压电陶瓷粉体，通过以下过程，制备KNN基无铅压电陶瓷：
步骤S1：称取0.35 g KNN基无铅压电陶瓷粉体，置于φ10模具成型，在0.6 t压力下保压15 s，得到预压片。
步骤S2：将步骤S1得到的预压片放入乳胶手套，抽真空，再置于冷等静压机中，200 MPa下保持120 s，得到KNN陶瓷生坯。
步骤S3：往氧化铝坩埚中加入KNN基无铅压电陶瓷粉体，将步骤S2得到的KNN陶瓷生坯埋没于粉体之中，盖上氧化铝坩埚盖，以5℃/min的速率升温至1150℃，保温5h，而后在180min内降至600℃，随炉冷，从粉体中取出陶瓷片。
步骤S4：将步骤S3得到的陶瓷片进行砂纸打磨，超声清洗，得到KNN基无铅压电陶瓷。
对比例4
通过以下过程，制备一种铌酸钾钠（KNN）基无铅压电陶瓷粉体：
步骤（1）：室温下，称取0.4972 g乙酸钠，0.5948 g乙酸钾放入烧杯中，在烧杯中加入50 mL乙醇，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液；
步骤（2）：室温下，称取4.1292 g铌酸铵草酸盐水合物（分子量为302.98 g/mol），3.4756 g柠檬酸放入烧杯中，在烧杯中加入10 mL水，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液，而后用乙酸调节pH至4；
步骤（3）：将步骤（1）和步骤（2）中获得的溶液混合，在超声波的作用下维持2 h，期间溶液温度维持在55±5℃，形成透明的澄清溶液，即KNN前驱体溶液；
步骤（4）：将步骤（3）得到的KNN前驱体溶液，利用注射泵均速送入至雾化器中，将其雾化成小液滴，期间采用空气作为雾化气，控制雾化气与KNN前驱体溶液的流量分别为13L/min和720 mL/h；将雾化获得的小液滴在高温（1100℃）的火焰场中快速反应形成陶瓷粉体，该火焰场由甲烷、空气和雾化获得的小液滴燃烧形成，甲烷与空气的体积比为1:10；将收集得到的陶瓷粉体在烧结炉中退火2 h（退火温度为 450℃），以保证KNN陶瓷粉体反应完全，得到KNN基无铅压电陶瓷粉体。
采用本对比例中制得的KNN基无铅压电陶瓷粉体，通过以下过程，制备KNN基无铅压电陶瓷：
步骤S1：称取0.35 g KNN基无铅压电陶瓷粉体，置于φ10模具成型，在0.6 t压力下保压15 s，得到预压片。
步骤S2：将步骤S1得到的预压片放入乳胶手套，抽真空，再置于冷等静压机中，200 MPa下保持120 s，得到KNN陶瓷生坯。
步骤S3：往氧化铝坩埚中加入KNN基无铅压电陶瓷粉体，将步骤S2得到的KNN陶瓷生坯埋没于粉体之中，盖上氧化铝坩埚盖，以5℃/min的速率升温至1150℃，保温5h，而后在180min内降至600℃，随炉冷，从粉体中取出陶瓷片。
步骤S4：将步骤S3得到的陶瓷片进行砂纸打磨，超声清洗，得到KNN基无铅压电陶瓷。
对比例5
通过以下过程，制备一种铌酸钾钠（KNN）基无铅压电陶瓷粉体：
步骤（1）：室温下，称取0.4972 g乙酸钠，0.5948 g乙酸钾放入烧杯中，在烧杯中加入50 mL乙醇，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液；
步骤（2）：室温下，称取4.1292 g铌酸铵草酸盐水合物（分子量为302.98 g/mol），3.4756 g柠檬酸放入烧杯中，在烧杯中加入10 mL水，在超声波的作用下，保持溶液在55±5℃，形成透明的澄清溶液，而后用乙酸调节pH至4；
步骤（3）：将步骤（1）和步骤（2）中获得的溶液混合，在超声波的作用下维持2 h，期间溶液温度维持在55±5℃，形成透明的澄清溶液，即KNN前驱体溶液；
步骤（4）：将步骤（3）得到的KNN前驱体溶液，利用注射泵均速送入至雾化器中，将其雾化成小液滴，期间采用空气作为雾化气，控制雾化气与KNN前驱体溶液的流量分别为17L/min和720 mL/h；将雾化获得的小液滴在高温（1100℃）的火焰场中快速反应形成陶瓷粉体，该火焰场由甲烷、空气和雾化获得的小液滴燃烧形成，甲烷与空气的体积比为1:10；将收集得到的陶瓷粉体在烧结炉中退火2 h（退火温度为 450℃），以保证KNN陶瓷粉体反应完全，得到KNN基无铅压电陶瓷粉体。
采用本对比例中制得的KNN基无铅压电陶瓷粉体，通过以下过程，制备KNN基无铅压电陶瓷：
步骤S1：称取0.35 g KNN基无铅压电陶瓷粉体，置于φ10模具成型，在0.6 t压力下保压15 s，得到预压片。
步骤S2：将步骤S1得到的预压片放入乳胶手套，抽真空，再置于冷等静压机中，200 MPa下保持120 s，得到KNN陶瓷生坯。
步骤S3：往氧化铝坩埚中加入KNN基无铅压电陶瓷粉体，将步骤S2得到的KNN陶瓷生坯埋没于粉体之中，盖上氧化铝坩埚盖，以5℃/min的速率升温至1150℃，保温5h，而后在180min内降至600℃，随炉冷，从粉体中取出陶瓷片。
步骤S4：将步骤S3得到的陶瓷片进行砂纸打磨，超声清洗，得到KNN基无铅压电陶瓷。
测试例1：KNN基无铅压电陶瓷粉体的性能
对实施例1~3和对比例1~5中获得的KNN基无铅压电陶瓷粉体的粒径进行检测，测得的平均尺寸和尺寸分布见表1。实施例2获得的KNN基无铅压电陶瓷粉体的外观见图1。
表1
测试例2：KNN基无铅压电陶瓷的性能
对实施例1~3和对比例1~5中获得的KNN基无铅压电陶瓷的电学性能进行测试，结果见表2。
表2
分析表1和表2中的检测结果，可以看出：
（1）相较于实施例2而言，对比例1和2中制得的KNN基无铅压电陶瓷粉体粒径和粒径分布范围较大，压电陶瓷的电学性能较差。原因在于：对比例1中采用的络合剂乙二胺四乙酸热值较低，对比例2中络合剂柠檬酸的用量不足，均会造成高温火焰场难以维持稳定，进而导致反应不均匀，获得的KNN基无铅压电陶瓷粉体均匀性较差且粒径和粒径分布范围较大；而本发明中采用一定量的柠檬酸作为络合剂，能够形成稳定的高温火焰场，确保反应充分进行，使获得的粉体具有较高的均匀性和活性，以及较小的粒径和粒径分布范围，从而赋予压电陶瓷较好的电学性能。（2）相较于实施例2而言，对比例3中制得的KNN基无铅压电陶瓷粉体粒径和粒径分布范围较大，压电陶瓷的电学性能较差。原因在于：对比例3在将铌酸铵草酸盐水合物制备成溶液后，未调节pH至不高于5，会造成铌元素在溶液中的稳定性较差，影响制得的粉体粒径、粒径分布范围以及其中铌元素的分布均匀性，进而造成压电陶瓷的电学性能较差。
（3）相较于实施例2而言，对比例4和5中制得的KNN基无铅压电陶瓷粉体粒径和粒径分布范围较大，压电陶瓷的电学性能较差。原因在于：实施例2在雾化过程中采用了合适的气液比（雾化气与前驱体溶液的流量比），能够形成分布均匀的小尺寸雾化液滴，有利于控制粉体合成路径为单一的“气相-颗粒”，即雾化液滴在火焰中完全转变为气相，再由气相形核、长大，从而获得粒径和粒径分布范围较小的粉体，提高压电陶瓷的电学性能；而对比例4和5在雾化过程中的气液比过大和过小，不利于形成分布均匀的小尺寸雾化液滴，因而会造成获得的粉体粒径和粒径分布范围较大。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将醇溶性钾盐和醇溶性钠盐溶解到极性有机溶剂中，制成澄清透明溶液I；或者，将醇溶性钾盐、醇溶性钠盐和柠檬酸溶解到极性有机溶剂中，制成澄清透明溶液I；
（2）将铌盐和柠檬酸溶解到溶剂中，而后调节pH至不高于5，制成澄清透明溶液II；所述铌盐为水溶性铌盐或醇溶性铌盐；所述铌盐中铌元素的摩尔量与步骤（1）和（2）中柠檬酸的总摩尔量之比为1:3~4；
（3）将澄清透明溶液I和澄清透明溶液II充分混合，制成澄清透明的前驱体溶液；
（4）对前驱体溶液进行雾化，期间控制雾化气与前驱体溶液的流量比为1.2~1.3 L/min: 1 mL/min，而后在800℃以上的火焰场中反应生成陶瓷粉体，再将收集到的陶瓷粉体置于烧结装置中进行退火，获得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述火焰场由可燃气体、助燃气体和雾化后的前驱体溶液燃烧形成。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述可燃气体和助燃气体分别为甲烷和空气，甲烷与空气的体积比为1:10~13。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述退火的温度为400~600℃，时间为2~3 h。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述醇溶性钾盐为乙酸钾，所述醇溶性钠盐为乙酸钠，所述极性有机溶剂为乙醇、乙二醇、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的一种或多种。
6.如权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述铌盐为水溶性铌盐，所述溶剂为水；或者，所述铌盐为醇溶性铌盐，所述溶剂为乙醇、乙二醇、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的一种或多种。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述水溶性铌盐为草酸铌、铌酸铵草酸盐水合物和氯化铌中的一种或多种，所述醇溶性铌盐为氯化铌。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，分别以钾、钠和铌计，所述醇溶性钾盐、醇溶性钠盐和铌盐之间的摩尔比为0.8~1.5:0.8~1.5:2。
9.一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用如权利要求1~8之一所述制备方法，制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体；
S2：将步骤S1中获得的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体制成铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤S2的具体过程包括以下步骤：
S2.1：取步骤S1中获得的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体，装入模具中，进行压制，得到陶瓷生胚；
S2.2：取步骤S1中获得的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体，装入容器中，将步骤S2.1得到的陶瓷生胚埋没于铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体中，进行烧结，而后从铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体中取出陶瓷片；
S2.3：对步骤S2.2得到的陶瓷片进行打磨和清洗，制得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6319421B1 (en) * | 1998-10-14 | 2001-11-20 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Ceramic oxide powder, method for producing the ceramic oxide powder, ceramic paste produced using the ceramic oxide powder, and method for producing the ceramic paste |
| CN101367654A (zh) * | 2008-05-07 | 2009-02-18 | 安徽师范大学 | 一种三元复合金属氧化物的制备方法 |
| CN101817559A (zh) * | 2010-03-10 | 2010-09-01 | 西安交通大学 | 一种铌酸钾钠无铅压电厚膜的制备方法 |
| CN101835711A (zh) * | 2007-10-23 | 2010-09-15 | 赢创德固赛有限责任公司 | 二氧化锆粉末以及二氧化锆分散体 |
| EP2944611A1 (de) * | 2014-05-16 | 2015-11-18 | Evonik Degussa GmbH | Verfahren zur Herstellung eines kubisch kristallinen, Aluminium, Lithium, Lanthan und Zirkon enthaltenden Mischoxides mit Granatstruktur |
| CN107001039A (zh) * | 2014-11-25 | 2017-08-01 | 赢创德固赛有限公司 | 制备阴极材料的方法和特定的阴极材料 |
| CN109081694A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-12-25 | 清华大学 | 前驱液及高温雾化火焰合成钇铝复合氧化物纳米粉体以及其制备方法 |
| CN109650443A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-04-19 | 南京邮电大学 | 一种高度择优取向的铌酸钾钠薄膜的制备方法 |
| CN110590357A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-12-20 | 南方科技大学 | 一种钛酸锶钡纳米粉体的制备方法 |
| CN114401928A (zh) * | 2019-09-13 | 2022-04-26 | 赢创运营有限公司 | 通过喷雾热解制备纳米结构的混合锂锆氧化物 |
-
2023
- 2023-07-04 CN CN202310807544.8A patent/CN116514546A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6319421B1 (en) * | 1998-10-14 | 2001-11-20 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Ceramic oxide powder, method for producing the ceramic oxide powder, ceramic paste produced using the ceramic oxide powder, and method for producing the ceramic paste |
| CN101835711A (zh) * | 2007-10-23 | 2010-09-15 | 赢创德固赛有限责任公司 | 二氧化锆粉末以及二氧化锆分散体 |
| CN101367654A (zh) * | 2008-05-07 | 2009-02-18 | 安徽师范大学 | 一种三元复合金属氧化物的制备方法 |
| CN101817559A (zh) * | 2010-03-10 | 2010-09-01 | 西安交通大学 | 一种铌酸钾钠无铅压电厚膜的制备方法 |
| EP2944611A1 (de) * | 2014-05-16 | 2015-11-18 | Evonik Degussa GmbH | Verfahren zur Herstellung eines kubisch kristallinen, Aluminium, Lithium, Lanthan und Zirkon enthaltenden Mischoxides mit Granatstruktur |
| CN107001039A (zh) * | 2014-11-25 | 2017-08-01 | 赢创德固赛有限公司 | 制备阴极材料的方法和特定的阴极材料 |
| CN109081694A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-12-25 | 清华大学 | 前驱液及高温雾化火焰合成钇铝复合氧化物纳米粉体以及其制备方法 |
| CN109650443A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-04-19 | 南京邮电大学 | 一种高度择优取向的铌酸钾钠薄膜的制备方法 |
| CN110590357A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-12-20 | 南方科技大学 | 一种钛酸锶钡纳米粉体的制备方法 |
| CN114401928A (zh) * | 2019-09-13 | 2022-04-26 | 赢创运营有限公司 | 通过喷雾热解制备纳米结构的混合锂锆氧化物 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "Low-Temperature Sintering of Dense (Na, K)NbO3 Piezoelectric Ceramics Using the Citrate Precursor Technique", 《RAPID COMMUNICATIONS OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY》, vol. 93, no. 9, pages 2423 * |
| 无锡轻工业学院: "《电子陶瓷化学法构建与物性分析》", 华南理工大学出版社, pages: 407 - 409 * |
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