[发明专利]一种钕掺杂的铌酸钾钠基压电透明陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钕掺杂的铌酸钾钠基压电透明陶瓷及其制备方法，首先用稀土离子掺杂铌酸钾钠基陶瓷，用固相法制备陶瓷生坯，然后烧结成型，可以得到透过率达40%，压电常数为100 pC/N以上的铌酸钾钠基压电透明陶瓷。本发明工艺步骤简单，易于操作，可得到致密度较高的铌酸钾钠基压电透明陶瓷。

技术领域

本发明属于无铅透明陶瓷材料领域，具体涉及一种铌酸钾钠基压电透明陶瓷及其制备方法。

背景技术

透明陶瓷作为潜在的候选材料已经引起了人们的广泛关注，如智能手机和触摸屏等新电子产品以及高功率固体激光器，高压钠灯等光学器件。压电陶瓷作为一类重要的功能陶瓷，在电子信息、超声换能、传感器、无损检测等技术领域已获得广泛应用。压电透明陶瓷的用途更加广泛，然而同时兼顾压电和透明两种性能的铌酸钾钠基陶瓷研究成果较少，已成为目前研究的突破点，受到广泛关注。

目前大规模使用的压电陶瓷材料体系主要是以锆钛酸铅为主的铅基压电陶瓷。铅基压电陶瓷具有优异的压电性能，并且可以通过掺杂取代来调节其性能以满足不同需求，但是这些陶瓷材料中含有大量对人体和环境有害的铅。目前，环境保护问题日益引起人们的关注，压电陶瓷材料最终将实现无铅化，因而环境友好型无铅压电陶瓷成为研究的热点。其中铌酸钾钠基(KNN)无铅压电陶瓷以其相对优越的压电性能和较高的居里温度倍受关注，纯KNN通常具有低晶体对称性和密度，很难制备成透明陶瓷。在KNN中引入掺杂剂，用KNN或使用精密设备形成固溶体是使KNN基陶瓷透明的主要途径。研究发现，优异的透光性能严重降低了陶瓷的电学性能，尤其是压电性能，更有甚者，使其丧失了压电性能。因此，开发一种具有良好压电性能的透明陶瓷具有重大的实际意义。

发明内容

为了替代铅基透明陶瓷，解决透明铌酸钾钠陶瓷较难获得纯KNN陶瓷的压电性能的问题，本发明的目的在于提供一种铌酸钾钠基压电透明陶瓷及其制备方法，在不降低压电性能情况下，制备透明陶瓷。

为了实现上述的技术目的，本发明的技术方案为：

一种钕掺杂的铌酸钾钠基压电透明陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

1）将Nd₂O₃，Na₂CO₃，K₂CO₃，Nb₂O₅按xNd-(1-x)(K_0.5Na_0.5NbO₃) ，x=0.0005-0.005化学式进行配料，以乙醇为研磨介质，将混合料置于球磨罐中球磨，球磨8-12h后烘干；

2）将烘干的粉末置于马弗炉中在600-850℃下保温3-5h进行预烧，得到预烧粉末；

3）将预烧粉末继续放入球磨罐中，以乙醇为介质进行球磨，球磨8h-12h后放入烘箱中烘干，取出并过筛；

4）将步骤3）得到的粉末放入研钵中，加入粉末质量3-5%的PVA进行造粒，烘干后研磨均匀；

5）称取0.25g步骤4）获得的粉末，在直径1.0cm的模具中在300MPa的压力下压成1mm厚的生坯；

6）将步骤5）制备的生坯置于马弗炉中，在800°C下保温1-3h，使有机物充分挥发进行排胶；

7）将步骤6）排胶后的生坯置于马弗炉中，于1100-1200℃下烧结4-6h，然后自然冷却至室温，制得钕掺杂的铌酸钾钠基压电透明陶瓷。

所述步骤1)中，混合料与乙醇的重量比为1:2。

所述步骤2)中预烧过程的升温速率是3℃/min。

所述步骤3)，要用600-800目的筛子过筛，得到细小均匀的粉末。