[发明专利]锆酸钙-钛酸铋钾-锑铌酸钾钠锂三元无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及锆酸钙‑钛酸铋钠‑锑铌酸钾钠锂三元无铅压电陶瓷及其制备方法。所述锆酸钙‑钛酸铋钠‑锑铌酸钾钠锂三元无铅压电陶瓷的化学组成为:(1‑x‑y)(Ksubgt;0.49/subgt;Nasubgt;0.51/subgt;)subgt;0.965/subgt;Lisubgt;0.035/subgt;(Nbsubgt;0.97/subgt;Sbsubgt;0.03/subgt;)Osubgt;3/subgt;‑xCaZrOsubgt;3/subgt;‑y(Bisubgt;0.5/subgt;Ksubgt;0.5/subgt;)TiOsubgt;3/subgt;；其中，x、y为摩尔比，0.023≤x≤0.027，0≤y＜0.02。

技术领域

本发明涉及无铅压电陶瓷制备技术，具体涉及一种锆酸钙-钛酸铋钾-锑铌酸钾钠锂三元无铅压电陶瓷及其制备方法，属于压电陶瓷技术领域。

背景技术

具有高压电性能Pb(Zr_1-xTi_x)O₃(PZT)组成(位于准同型相界MPB，三方-四方晶相(R-T)相变)被发现后，PZT基压电陶瓷垄断商业市场已超过50年。它们被广泛应用于各种电子设备中，比如，压电换能器，驱动器和变压器等。但是，含有约60wt％铅的PZT基陶瓷在制备、烧结、加工等环节中会对环境造成污染。相关国家出台一系列法令来限制它的应用，如，废电器及电子设备(WEEE)，危险物质限制(RoHS)。因此，出于环境和相关法律问题的考虑，无铅压电材料的研发变得迫切。

近年来，许多无铅压电陶瓷被广泛地研究。(K,Na)NbO₃(简称KNN)基陶瓷被认为是众多无铅压电陶瓷中较好的候选材料之一。Zhu等人(T.Zheng,J.Wu,D.Xiao,J.Zhu,X.Wang,L.Xin and X.Lou,ACS Appl.Mat.Interfaces,2015,7,5927-5937.)报道了(1-x)(K_0.4Na_0.6)(Nb_0.96Sb_0.04)O₃-xBi_0.5K_0.5Zr_1-ySn_yO₃陶瓷体系，通过相界调控(R-O-T相界)，陶瓷具有高压电性能(d₃₃＝460pC/N,Tc＝246℃)。Zhai等人(Y.Zhang,B.Shen,J.W.Zhai andH.R.Zeng,J.Am.Ceram.S℃.,2016,99,752-755.)构建相界(O-T相界)，制备了0.96(K_0.5Na_0.5)_0.95Li_0.05Nb_0.93Sb_0.07O₃-0.04CaZrO₃陶瓷，其d₃₃高达420pC/N，居里温度Tc＝214℃。但是(1-x)(K_0.4Na_0.6)(Nb_0.96Sb_0.04)O₃-xBi_0.5K_0.5Zr_1-ySn_yO₃陶瓷体系和0.96(K_0.5Na_0.5)_0.95Li_0.05Nb_0.93Sb_0.07O₃-0.04CaZrO₃陶瓷，由于在室温下形成相界，虽然KNN基陶瓷电学性能得到极大改善，但居里温度出现大幅度降低，并且性能的温度依赖性强。因此，与PZT陶瓷性能的温度稳定相比，KNN基陶瓷中热稳定性的问题仍然存在，这限制它的推广和应用。

发明内容