[发明专利]一种制备铌酸钾钠压电陶瓷的方法及铌酸钾钠压电陶瓷

说明书

本发明公开了一种制备铌酸钾钠压电陶瓷的方法及铌酸钾钠压电陶瓷。该方法采用电场辅助烧结技术，即在铌酸钾钠陶瓷坯体上施加电场进行烧结，通过增加电场强度，可以有效降低烧结温度。通过该方法，可以在比传统烧结温度低300℃的条件下烧结几十秒得到致密的铌酸钾钠压电陶瓷，相对致密度达到96％。本发明解决了在传统烧结过程中钾、钠碱金属挥发所导致的难以致密化的问题。

本发明属于无铅压电陶瓷制备技术领域，具体地涉及一种制备铌酸钾钠压电陶瓷的方法及铌酸钾钠压电陶瓷。

背景技术

铌酸钾钠(K_0.5Na_0.5NbO₃，简称KNN)是一类重要的无铅压电陶瓷，具有居里温度高、压电性强、易掺杂性和稳定性好等特点。由于其优异的压电、介电和光电等电学性能，可广泛地应用于电子、航天等高技术领域，用于制备传感器、换能器、储存器等电子元器件，是一种发展前景十分良好的电子功能材料。

通常情况下，采用传统固相烧结法很难制备获得高致密度的铌酸钾钠陶瓷，主要有以下两方面的原因。其一，从KNbO₃-NaNbO₃的二元相图可以看到，KNN的固-液两相线非常平缓，因此在烧结过程中温度的略微升高就有可能产生大量的液相，最终导致该体系陶瓷烧结温区特别窄，烧结特性非常差；其二，KNN陶瓷的烧结温度一般高于1000℃，在此高温下碱金属元素Na和K特别容易挥发。除了难以烧结致密化外，高温条件下碱金属的挥发还会使得样品中产生杂质相，从而降低其压电性能。因此，为了制备出致密且纯相的铌酸钾钠压电陶瓷，必须要降低烧结温度，缩短烧结烧结时间。

发明内容

针对现有制备方法的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种制备铌酸钾钠压电陶瓷的方法及铌酸钾钠压电陶瓷，该方法制备工艺简单，能耗低，适宜于批量生产。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案包括：

一种制备铌酸钾钠压电陶瓷的方法，在铌酸钾钠陶瓷坯体进行烧结制备铌酸钾钠压电陶瓷的过程中，给铌酸钾钠陶瓷坯体施加电场。

可选的，所述的电场的电场强度为400～700V/cm。

可选的，所述的烧结温度为800～1000℃，烧结时间为20～50s。

可选的，所述的烧结温度为810～950℃，烧结时间为27～45s。

可选的，所述的烧结的烧结温度为从室温升高到烧结温度，升温速率为1～50℃/min。

可选的，所述的铌酸钾钠压电陶瓷坯体置于烧结炉中进行烧结，将铌酸钾钠压电陶瓷坯体与高压电源连接。

可选的，所述的高压电源的电流为50～100mA。

可选的，所述的高压电源为直流电源或交流电源。

可选的，所述的铌酸钾钠压电陶瓷坯体与高压电源的连接可采用铂丝或耐高温导电丝。

一种铌酸钾钠压电陶瓷，所述的铌酸钾钠压电陶瓷采用本发明所述的方法制备得到。

本发明提供的制备铌酸钾钠压电陶瓷的方法，具有以下优点：

(1)通过该方法，可以在低温条件下快速烧结制备得到致密铌酸钾钠压电陶瓷，烧结温度较传统烧结温度降低了近300℃，烧结时间仅仅为几十秒；

(2)通过该方法，能有效抑制Na、K碱金属元素的挥发，从而制备出纯相且致密的铌酸钾钠压电陶瓷；

(3)通过控制电场强度，可以控制所得铌酸钾钠压电陶瓷的晶粒尺寸；

(4)该方法制备工艺简单，且能耗低，能够批量化生产铌酸钾钠压电陶瓷。

附图说明