[发明专利]一种用于功率型压电元件的稀土掺杂铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备工艺

说明书

本发明提供一种用于功率型压电元件的稀土掺杂铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备工艺，采用锂、铋、铪等元素掺杂进行相界调控，使材料在室温附近形成多个压电相共存状态，活化压电畴，强化材料压电性能，同时结合稀土元素掺杂，降低材料损耗，使之满足于功率型压电元件的性能要求。

技术领域

本发明属于无铅压电技术及电子陶瓷领域，具体涉及一种用于功率型压电元件的稀土掺杂铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备工艺。

背景技术

功率超声设备已应用于国民经济的各个领域，如超声清洗、超声焊接、超声成型、超声加工、超声手术刀等，近年来在乳化分散、粉碎、除垢、悬浮、萃取等场合也得到了广泛应用。功率超声应用要求材料损耗低，机械品质因数高，矫顽场高，同时仍需较高的机电耦合系数和压电系数，目前使用的功率超声材料绝大多数是锆钛酸铅陶瓷（如PZT-4型和PZT-8型）。

锆钛酸铅陶瓷中铅元素比重超过60％，在其生产、使用以及废弃处理过程中都会给人类健康和生态环境造成严重的铅毒害和铅污染，无铅压电材料及元器件的应用是解决上述问题的唯一途径。然而，对于现阶段的无铅压电材料，同时实现低损耗和高压电常数非常困难，例如对于研究最广的铌酸钾钠无铅压电陶瓷，当其压电系数达到300pC/N时，损耗通常将超过2%甚至3%；又如钛酸铋钠无铅压电陶瓷，其损耗一般较小在1%以下，但压电系数往往不超过200pC/N。因而，对于无铅压电陶瓷来说，如何同时实现高压电系数和低损耗是一个难点。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种用于功率型压电元件的稀土掺杂铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，采用锂、铋、铪等元素掺杂进行相界调控，使材料在室温附近形成多个压电相共存状态，活化压电畴，强化材料压电性能，同时结合稀土元素掺杂，降低材料损耗，使之满足于功率型压电元件的性能要求。

本发明通过以下技术方案来实现：一种用于功率型压电元件的稀土掺杂铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，化学组成为：(1-x-y)(K_0.47Na_0.47Li_0.06)NbO₃ + x Bi_0.5Li_0.5HfO₃+yBiRE_zO₃；所述x, y为摩尔百分比，其中0x≤0.1，0y≤0.05，RE为稀土元素，至少为La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Er、Yb其中的一种，z表示BiRE_zO₃组元中RE元素的化学计量数，z的数值按电价平衡原则取值。

进一步地，其原料包括：碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂、氧化铋、氧化铪、五氧化二铌和辅料，所述辅料为La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Er、Yb的金属氧化物。