[发明专利]一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷薄片、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷薄片、制备方法及应用，涉及陶瓷材料技术领域，针对现有中压电陶瓷材料要求无铅化，无铅陶瓷性能较差的问题。本发明制备方法包括如下步骤：按照理论组成配比称重原料；将原料制成陶瓷预烧粉体；将预烧后的陶瓷粉体进行球磨后烘干；在烘干后的陶瓷粉体中加入溶剂、分散剂、除泡剂充分混合；进行二次球磨后流延；将流延后的膜片切割成小膜片；对膜片进行冲片；进行排胶，烧结，制得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷薄片。本发明通过流延法制备无铅铌酸钾钠(KNN)基陶瓷膜片，并将制备的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷薄片制备成蜂鸣器，满足了无铅化的环境保护要求，为KNN基陶瓷材料实用化起到重要作用。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷薄片、制备方法及应用。

背景技术

压电材料是一种被广泛应用在信息技术、人工智能、航空航天、能源环境、生物医疗等领域的功能材料，对整个国民经济及国防建设的发展有着深刻的影响。压电陶瓷可以广泛使用在声学元件，其中蜂鸣器是一种利用压电效应将电能转化为声能的电声器件，具有高声电功率转换效率、低功耗、高可靠性以及寿命长等优点。压电蜂鸣器的核心部分是由压电陶瓷片和金属片粘合而成的压电蜂鸣片，其压电材料的性能对蜂鸣器的性能影响重大。

目前压电陶瓷材料中应用最为广泛的是以锆钛酸铅(PZT)、铌镁钛酸铅(PMNT)为代表的含铅材料，它们在生产、使用及废弃处理过程中会对人类和生态环境造成严重损害。近年来，世界各国政府都在电子产业领域推进一系列无铅化的法律法规，目前无铅压电陶瓷的综合性能与铅基压电陶瓷的综合性能相比仍有较大差距。

铌酸钾钠((K,Na)NbO₃，KNN)无铅压电陶瓷是一种具有钙钛矿结构的压电材料，具有居里温度较高、压电性能优异、对环境友好等特点，是目前研究中最有可能取代铅基压电陶瓷制作器件应用的体系之一。普通烧结工艺制备的纯铌酸钾钠陶瓷的压电常数d₃₃仅为80pC/N左右。铌酸钾钠基陶瓷中进行化学掺杂有效地改善陶瓷的烧结特性,获得高致密度的陶瓷体，可显著提高其压电性能。

目前，对铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的研究主要集中在利用固相法制备，通过化学掺杂改善该类陶瓷的压电性能，但是对该类材料的器件化应用研究较少。同时，固相法不利于批量制备压电陶瓷薄片，因此需要开发一种适用于批量生产、工艺稳定的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷薄片，并将其器件化。

发明内容

针对现有技术方案中陶瓷材料要求无铅化，无铅陶瓷性能较差的问题，本发明提供了一种适用于批量生产的铌酸钾钠基无铅陶瓷薄片制备方法，并将其制备为蜂鸣器器件。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷薄片的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照化学通式(1-x)(K_yNa_1-y)Nb_1-wSb_wO₃-x(Bi_0.5Na_0.5)ZrO₃-z％Fe₂O₃的理论组成配比称重原料；

式中：x表示(Bi_0.5Na_0.5)ZrO₃的摩尔分数；

y表示铌酸钾钠中钾的含量；

z表示Fe₂O₃的含量；

w表示锑的含量；

步骤2，将原料进行球磨、预合成，制成陶瓷预烧粉体；

步骤3，将预烧后的陶瓷粉体进行球磨后烘干；