[发明专利]一种1.28%的大电致应变无铅铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法

说明书

本发明涉及一种1.28％的大电致应变无铅铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法，使用的铌酸钾钠陶瓷具有亚微米级的晶粒、丰富的相变以及大的压电活性，而镧的掺杂可以使畴微型化并影响铌酸钾钠陶瓷的压电响应，优化制备工艺的各项参数来细化晶粒，烧结后得到的无铅压电陶瓷的性能表为：在40kV/cm电场下的最大极化强度为19μC/cm2，剩余极化强度为10μC/cm2，矫顽场为12kV/cm；在40kV/cm电场下的双极电致应变可达0.98％，逆压电系数为2363pm/V；在110kV/cm电场下的单极电致应变可达1.28％，逆压电系数为1167pm/V。烧结得到的无铅铌酸钾钠基陶瓷具有1.28％的巨电致应变，为目前研究的多晶无铅压电陶瓷的最大值，具有非常大的应用前景。

技术领域

本发明属于功能材料和压电陶瓷领域，涉及一种1.28％的大电致应变无铅铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法。

背景技术

高性能压电材料由于其简洁、响应时间短和精确等特点，被广泛用于各种应用中，例如用于医学成像的超声换能器，高精度致动，导向系统，汽车工业等。压电材料最重要的参数是电致应变，目前广泛应用的都是具有大的电致应变的含铅的压电陶瓷和单晶材料。含铅的压电材料的使用会对环境造成污染，高质量单晶的生长条件也非常严苛且可重复性低。

近年来，多晶无铅压电陶瓷由于其低成本与环境友好的特性渐渐成为研究的热门，但其电致应变值仍未超过1％。压电材料的电致应变与压电相的自发晶格应变，铁电相的对称性以及畴的微小化和可逆转换等多种因素有关。具有大的自发晶格应变的铁电材料理论上具有大的电致应变，但多晶压电陶瓷不可避免地处于多畴状态，随着自发晶格应变幅度的增加，畴的切换会变得越来越困难。即使可以显著增强畴的切换，但大的电致应变在重复循环中的可再现性也要求材料具有某种固有的机制，以使其在关闭电场时恢复几乎随机的畴结构。这种可能性似乎存在于弛豫铁电体中，其铁电畴被最小化到形成极性纳米区域的程度，并与宏观铁电畴形成竞争机制。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种1.28％的大电致应变无铅铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法，通过镧掺杂改性和微观组织的调控，使无铅铌酸钾钠基压电陶瓷具有大的电致应变值。

技术方案

一种1.28％的大电致应变无铅铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法，其特征在于：之辈中掺杂稀土元素镧，步骤如下：

步骤1：按照镧掺杂量0.5％mol的原料配比称取3.433g K2CO3、2.637g Na2CO3、13.234g Nb2O5、0.163g La2O3；

步骤2：将称取的原料粉末放入装有氧化锆球的聚四氟乙烯球磨罐中，以乙醇为球磨助剂进行球磨，转速为350r/min，球磨时间为12-18h；

步骤3：烘干的粉末过筛后压成大块，放在刚玉陶瓷板上，在800-900℃下煅烧2-4h；进行二次球磨，球磨时间为12-18h；烘干过筛后在800-900℃下煅烧2-4h，之后进行三次球磨并烘干过筛，球磨时间为12-18h；

步骤4：将粉末预压成小圆片，再采用冷等静压机成型，成型压力为200-300Mpa；

步骤5：将胚体放置撒有相同组分粉体的陶瓷板上，表面也覆盖上一层粉体，然后用刚玉坩埚盖住放入炉子中烧结；烧结温度为1180-1220℃，升温速率为3℃/min，保温时间为2-4h，随炉冷却，得到1.28％的大电致应变无铅铌酸钾钠基压电陶瓷。

所述步骤3压成的大块的尺寸为直径15mm，高28-32mm。

所述步骤4预压成小圆片的直径为10mm，厚度为0.9-1.1mm。

有益效果