[发明专利]一种Ta掺杂铌酸钾钠基压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种Ta掺杂铌酸钾钠基压电陶瓷材料及其制备方法，该压电陶瓷的通式为Na_0.5K_0.5Nb_1‑yTa_yO₃，其中0.11≤y≤0.2，本发明公开了该压电陶瓷材料的制备方法，微波水热合成Na_0.5K_0.5Nb_1‑yTa_yO₃粉体，7mol/L的NaOH和KOH混合碱液为溶剂，Na⁺和K⁺的比例为1:6，Nb₂O₅和Ta₂O₅为反应物，Nb₂O₅和Ta₂O₅加入总量与溶剂的质量摩尔比为1:8～1:12，Nb₂O₅与Ta₂O₅的质量摩尔比为8:1～4:1，分散剂加入量为1.5wt％，微波反应温度160～180℃，反应时间为2～4h。本发明还公开了利用上述粉体采用火花烧结制备压电陶瓷的制备方法，氧气气氛中退火处理，所获得的压电陶瓷有较好的电学性能。

技术领域

本发明涉及功能陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种Ta掺杂铌酸钾钠基压电陶瓷材料的制备。

背景技术

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等领域。

目前工业化的压电陶瓷主要为铅基础的PZT、PMNT和PZNT，这些材料的大量使用会给人类生活和自然环境带来很大的危害。美国学者在1959年研究了KNbO₃-NaNbO₃，当组成是K_0.5Na_0.5NbO₃(简称NKN)时，陶瓷固溶体各项性能最好。KNbO₃和K_0.5Na_0.5NbO₃的相稳定温度分别在1040℃和1140℃，传统烧结工艺下很难形成致密陶瓷。

水热法(又称热液法)是指在特制的密闭反应容器(高压釜)里，采用水溶液(或其它流体)为反应介质，在高温(大于100℃)、高压(大于9.81Mpa)的条件下，即在超临界流体状态下制备研究材料一种方法。在水热法基础上引入微波水热法作为一种新的合成纳米材料的技术，是由于其具有其它方法不可比拟的优点：加热速度快，能够在短时间、低温下合成纯度高、力度细、分布均匀的材料；可直接穿透一定深度的样品，在不同深度同时加热，使加热快速、均匀；通过调节微波的输出功率，可使样品在加热情况下立即无惰性地改变，便于进行自动控制和连续操作；热能利用率高，可大大节约能量。目前利用微波水热法已成功合成了一些金属氧化物纳米粉体。

CN102351536A提供了一种微波水热合成铌酸钾钠基粉体及其压电陶瓷的制备方法，以KOH和NaOH混合碱液为反应溶剂，NaOH：KOH＝1.3～1.5:4.5～4.7，以Nb₂O₅为反应物，掺杂LiTaO₃，微波水热合成K_x Na_1-x-yNb_1-y O_3—yLiTaO₃粉体，粉体制备完毕后，经PVA造粒，压制成型，排塑、常压烧结，极化，最终获得压电陶瓷，上述制备方法缩短了时间，发挥了微波合成的优势，得到的铌酸钾钠基压电陶瓷性能有了一定提高，但是效果不是特别好。致密度对压电陶瓷的性能有很大影响，上述方案对于烧结后陶瓷致密度的问题没有研究，也未采取措施提高压电陶瓷的致密度，因此压电陶瓷的电学和机械性能不能得到较大提高。

发明内容