[发明专利]具备高压电响应及高居里温度的铌酸钾钠基无铅压电织构陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具备高压电响应及高居里温度的铌酸钾钠基无铅压电织构陶瓷及其制备方法，该铌酸钾钠基无铅压电织构陶瓷的化学通式为0.99K_0.5Na_0.5Nb_1‑xTa_x‑0.01Bi(Ni_2/3Nb_1/3)O₃+4wt.％NaNbO₃，其中，0.04≤x≤0.12。本发明通过传统的织构化流延工艺并结合两步烧结法，得到同时具备高居里温度(360℃)以及高压电性能(400pC/N)的无铅织构化压电陶瓷，对于开发高居里温度无铅压电材料具有非常重要的意义，在低、中温换能器和驱动器等领域具有较高的实用价值。

技术领域

本发明属于功能陶瓷材料技术领域，具体涉及一种同时具备高压电响应以及高居里温度的铌酸钾钠基无铅压电织构陶瓷及其制备方法。

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，压电陶瓷除具有压电性外，还具有介电性、弹性等，已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。

目前，压电陶瓷以钛酸铅、锆钛酸铅体系为主，但是它们的原料为氧化铅，毒性大，在生产和回收过程中会对人员产生较大的危害,对环境造成污染，安全隐患大。而且年欧盟颁布了关于在《电气、电子设备中限制使用某些有害物质》的指令，明确规定铅的限值，我国也颁布了《电子信息产品污染防治管理办法》，压电陶瓷应该向无铅化发展。

纯铌酸钾钠(KNN)无铅压电陶瓷虽然居里温度高(～430℃)，但其铁电和压电性能较差，采用传统固相烧结方法获得的未经过组分改性的(K,Na)NbO₃陶瓷，其压电系数d₃₃一般为80-120pC/N，这和铅基陶瓷的压电性能仍然相差甚远。目前对于铌酸钾钠(KNN)无铅压电陶的研究主要集中在多晶型相界的设计及其织构化制备，并且都取得了不错的进展。吴家刚等人通过相界的构建，包括三方-正交共存、三方-正交-四方共存以及三方-四方共存等，可以很轻易得到d₃₃300pC/N的KNN基压电陶瓷。此外，李朋等人也通过相界的构建结合织构化工艺制备出d₃₃～700pC/N超高压电的KNN基压电陶瓷。但是相界的构建容易导致KNN基压电陶瓷居里温度的恶化。商业化应用的体系的使用温度一般限制在居里温度的1/2处以下，如果使用温度过高，就会导致压电陶瓷丧失压电性，从而导致电子元器件失效，限制了其使用温度。目前所报道的通过构建相界所制备出的高性能KNN基压电陶瓷(包括织构陶瓷)，当d₃₃400pC/N时，其居里温度通常小于300℃，难以同时具备高压电响应以及高居里温度。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种同时具有高居里温度、高压电性能的无铅铌酸钾钠基压电陶瓷材料及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种具备高压电响应及高居里温度的铌酸钾钠基无铅压电织构陶瓷，该铌酸钾钠基无铅压电织构陶瓷的化学通式为0.99K_0.5Na_0.5Nb_1-xTa_x-0.01Bi(Ni_2/3Nb_1/3)O₃+4wt.％NaNbO₃，其中，0.04≤x≤0.12，优选地，x＝0.04，0.06，0.09，0.12，进一步优选地，x＝0.04。

优选地，所述铌酸钾钠基无铅压电织构陶瓷的晶粒取向在001_C90％。

一种具备高压电响应及高居里温度的铌酸钾钠基无铅压电织构陶瓷的制备方法，该方法采用以下步骤：