[发明专利]一种高品质因数的无铅压电陶瓷

说明书

本发明的目的在于提供一种具有较高机械品质因数的铌酸钠钾基无铅压电陶瓷及其制备技术。其化学组成通式为：0.956(0.988‑x)(K_0.37Na_0.63)_0.86Ca_0.04Li_0.02Nb_0.85O₃‑0.044(0.988‑x)K_0.85Ti_0.85Nb_1.15O₅‑xBaSnO₃‑yMnO‑zCeO，其中：0.024≤x≤0.073，0.005≤y≤0.09，0.005≤z≤0.08；x、y、z为摩尔量。该体系的压电常数大于240pC/N，平面机电耦合系数大于0.3，介电常数不小于2100，室温1kHz介电损耗小于0.02，机械品质因数不小于110。

技术领域

本发明涉及一种高品质因数的铌酸钠钾基无铅压电陶瓷，属于电子陶瓷领域。

背景技术

随着环境保护力度的加大，铅基压电陶瓷有望被无铅压电陶瓷所取代。在无铅压电陶瓷体系中，铌酸钠钾基陶瓷由于具有较高的居里温度和压电性能而备受关注。近些年来，围绕铌酸钠钾基陶瓷的开发也取得了非常多的进展。但是在这个体系中，由于存在碱金属的挥发和各种元素扩散率的差异，导致陶瓷的致密度难以提高而且工业化生产的重复性不好。

另外，文献[X.Cheng,J.Wu,X.Lou,X.Wang,X.Wang,D.Xiao,and J.Zhu,AchievingBoth Giant d₃₃and High T_C in Patassium-Sodium Niobate Ternary System,ACSAppl.Mater.Interfaces,6,750(2014)]报道了一类铌酸钠钾基陶瓷具有非常好的压电性能，但是这些陶瓷含有钽、锑、铋等元素，这些元素在工业化生产中存在一些问题，比如钽的价格比较高，锑是有毒性的，而铋在还原性气氛中是不稳定的。最近文献[T.Matsuoka1,H.Kozuka1,K.Kitamura1,H.Yamada1,T.Kurahashi1,M.Yamazaki1and K.Ohbayashi,KNN-NTK composite lead-free piezoelectric ceramic,J.Appl.Phys.116,154104(2014)]报道了一种复杂的铌酸钠钾基固溶体，主要含有K_0.42Na_0.44Ca_0.04Li_0.02Nb_0.85O₃、K_0.85Ti_0.85Nb_1.15O₅、BaZrO₃、Co₃O₄、Fe₂O₃、ZnO等化合物，显示出较高的压电性能，压电常数为～252pC/N，平面机电耦合系数为～0.52，机械品质因数为～50，居里温度为～300摄氏度。这类材料在陶瓷换能器和压电陶瓷变压器等领域可以得到很好的应用。但是在滤波器和扬声器领域，机械品质因数太低而无法使用。通常提高压电陶瓷机械品质因数的方法是进行受主掺杂，通过氧空位钉扎畴壁振动来提高其机械品质因数。但是单纯的受主掺杂会导致压电常数下降，高温电导升高，因此需要对组分配方和掺杂元素综合考虑来改进陶瓷的压电性能，使其能应用于滤波器和扬声器等领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较高品质因数的铌酸钠钾基无铅压电陶瓷及其制备技术。该材料不含昂贵的金属元素，但具有较高的品质因数和良好的工艺重复性。采用传统电子陶瓷制备工艺，适合批量化生产。