[发明专利]一种具有高压电和高铁电性能的KNN基陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高压电和高铁电性能的KNN基陶瓷及其制备方法，属于压电材料的技术领域。本发明要解决现有KNN基陶瓷压电性能和铁电性能差的技术问题。本发明所述KNN基陶瓷的通式为(K_0.48Na_0.48Li_0.04)(Nb_0.8Ta_0.2)O₃:0.1％MnO₂。本发明在KNN陶瓷中掺杂了Li₂CO₃、Ta₂O₅、MnO₂金属，通过在1126℃下烧结下制成。本发明中的(K_0.48Na_0.48Li_0.04)(Nb_0.8Ta_0.2)O₃:0.1％MnO₂陶瓷的压电性能d₃₃＝251pC/N，自发极化强度为P_s＝25.525μC/cm²，矫顽场E_c＝10.77kV/cm。

技术领域

本发明属于压电材料的技术领域；具体涉及一种具有高压电和高铁电性能的KNN基陶瓷及其制备方法。

背景技术

压电材料主要应用在医疗、工业检测、铁路运输、海洋通讯与探测、核电站安全、航天航空精密传动等领域。由于之前人们所研究的大部分是铅基压电材料，但铅基压电材料会对环境造成严重的污染，使得无铅压电陶瓷成为了当今社会研究的主流。无铅压电材料主要包括BaTiO₃基、Bi_1/2Na_1/2TiO₃(BNT)基、铋层状结构、(K,Na)NbO₃基(KNN)材料。

其中，铌酸钾钠(KNN)基陶瓷是由反铁电体NaNbO₃和铁电体KNbO₃固溶而成的具有钙钛矿结构的压电材料。当K：Na＝1：1时，为该体系的准同型相界。其室温下为正交相。KNN陶瓷具有居里温度高(约为420℃)，压电常数高(约为120～160pC/N)，机电耦合性能高等优点，但是它也有一系列的缺点：压电性能无法达到商业化的要求，烧结温区较窄(约为10℃～20℃)，难以成瓷，导致普通的烧结制备困难；高温烧结KNN陶瓷时，K⁺与Na⁺容易挥发，导致陶瓷的铁电性较差，同时还导致陶瓷的致密性较差，影响陶瓷的漏电流较大。

虽然二元体系KNLNT陶瓷的压电性能虽然比纯KNN基陶瓷的有了一些提高，但是与实际应用还是有着相当的距离的。

发明内容

本发明要解决现有KNN基陶瓷压电性能和铁电性能差从而导致其很难实际应用的技术问题；而提供了一种具有高压电和高铁电性能的KNN基陶瓷及其制备方法。

了解决上述技术问题，本发明中一种具有高压电和高铁电性能的KNN基陶瓷的通式为(K_0.48Na_0.48Li_0.04)(Nb_0.8Ta_0.2)O₃:0.1％MnO₂；所述KNN基陶瓷制备方法是通过下述步骤进行的：

步骤一、按照(K_0.48Na_0.48Li_0.04)(Nb_0.8Ta_0.2)O₃的化学计量比分别称量原料Na₂CO₃、K₂CO₃、Nb₂O₅、Li₂CO₃、Ta₂O₅，然后用无水乙醇湿法球磨，烘干后研磨，压片；