[发明专利]碱金属铌钽锑酸盐基无铅压电陶瓷及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无铅压电陶瓷及其制备方法，具体地说是碱金属铌钽锑酸盐基无铅压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

半个多世纪以来，以锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O₃，PZT)为主要成分的压电陶瓷已经广泛用于电子，航天，通讯，军事等诸多领域。比如，压电陶瓷做成各种滤波器，振荡器，陷波器等电子元件。然而这些压电陶瓷材料中氧化铅或者四氧化三铅的含量约占70％以上。这些含铅的压电陶瓷在使用和废弃后的处理过程中均会给人类的健康和生存环境带来严重的危害。

钛酸铋钠是一种研究较早的具有钙钛矿结构的无铅型的铁电陶瓷，其中钛酸铋钠和钛酸钡形成的准同型相界组成，具有良好的压电和机电耦合性能(T.Takenaka，K.Maruyama，and K.Sakata，Jpn.J.Appl.Phys.，30(1991)2236；CA1456531A，CN1511800A，CN1673178，JP1999-329533，JP2000-272962)。然而极化场强较高，且退极化温度较低，压电性能偏低，限制了其实际应用。

近年来，碱金属铌酸盐，主要是具有准同型相界组成的铌酸钾纳(Na_0.5K_0.5NbO₃，简称NKN)得到广泛的注意。然而这种陶瓷很难在常规制备工艺下烧结，且易于水解，从而使其电性能得不到充分发挥。通过Li，Ta或Sb的适量掺杂后，其烧结工艺和压电性能得到极大的改善(Y.Saito，H.Takao，I.Tani，T.Nonoyama，K.Takatori，T.Homma，T.Nagaya，Nature，432(2004)84)。

然而，目前文献报道的碱金属铌钽锑酸盐基无铅压电陶瓷都是基于正交铁电相和四方铁电相相界的组成，不同于传统的PZT基的含铅压电陶瓷。这些传统的铅基压电陶瓷组成都是位于菱形铁电相和四方铁电相的相界。钡基立方钙钛矿组成具有稳定菱形相的作用，有望帮助碱金属铌酸盐组成体系形成类似于传统压电陶瓷的相界，但现有文献中还未见有钡基的立方钙钛矿改性的碱金属铌钽锑酸盐基无铅压电陶瓷的电性能和制备工艺的研究报道。

发明内容

为克服现有技术的不足本发明提供了一种钡基立方钙钛矿改性的碱金属铌钽锑酸盐基无铅压电陶瓷及其制备方法。该体系的陶瓷组成具有菱形铁电相和四方铁电相的准同型相界，以及良好的烧结特性和压电性能。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

碱金属铌钽锑酸盐基无铅压电陶瓷，其特特征在于：其组成组分由以下通式来表达：

(1-u)[(Na_xK_y)(Nb_x+y-zSb_z)O₃+(1-x-y-v)LiTaO₃+vBaMeO₃]+uM  (1)

式中x，y，z，u，v为各元素在材料组分中所占的原子百分比，取值均小于1；

并且：x≥0.52、y≥0.4、0＜z≤0.08、1-x-y-v＞0、v＞0以及0＜u＜0.02；

M_e选自Zr⁴⁺、Hf⁴⁺、Sn⁴⁺四价的金属离子中的一种或多种；

M选自Na、K、Li、Ag、Cu、Fe、Mn、Zn、Nd、Sm、Yb、Sc金属的氧化物或者碳酸盐中一种或多种。

所述的碱金属铌钽锑酸盐基无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、以Na₂CO₃，K₂CO₃，Li₂CO₃，Nb₂O₅，Ta₂O₅，Sb₂O₅，ZrO₂，HfO₂，SnO₂，以及用于掺杂的金属氧化物或者碳酸盐为原料，按照式(1)配料；

b、配好的原料以无水乙醇为介质，经6-12小时的球磨混料后、干燥得到干粉；所得干粉在氧化铝坩埚中以850-1050℃的温度煅烧1-4小时；重复球磨混料和煅烧工艺一次，完成预煅烧合成；

c、预合成的粉体经过研碎后仍以无水乙醇为介质再细磨22-26小时，干燥后的粉体过110-130目筛后在50-200MPa的压力下成型为坯体；