[发明专利]一种高应变性能的铌酸钾钠基铁电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高应变性能的铌酸钾钠基铁电陶瓷及其制备方法，涉及铁电陶瓷技术领域，所述铌酸钾钠基铁电陶瓷的化学式为：0.90(Ksubgt;0.48/subgt;Nasubgt;0.52/subgt;)NbOsubgt;3/subgt;‑0.10SrTiOsubgt;3/subgt;；其制备是将各原料混合、烘干、过筛后，经煅烧、球磨、烘干、造粒、压制成型、排胶、烧结和烧银处理后，即得。本发明的铌酸钾钠基铁电陶瓷具有良好的铁电性能，在电场的作用下达到几乎无迟滞的应变0.10％，居里温度为135℃，制备简单，成本低廉。

技术领域

本发明涉及铁电陶瓷技术领域，尤其涉及一种高应变性能的铌酸钾钠基铁电陶瓷及其制备方法。

背景技术

铌酸钾钠(K_0.5Na_1-xNbO₃，KNN)基铁电陶瓷是近些年来最具讨论性和研究性的铁电陶瓷体系之一。KNN是由铁电体铌酸钾(KNbO₃)和反铁电体铌酸钠(NaNbO₃)所形成的连续固溶体，研究者常用掺杂改性调控结构来优化其应变性能，应变是铁电陶瓷在传感器和执行器应用中的一个关键特性，铁电陶瓷在电场下，应变在达到0.1％以上就可以实际应用。目前，对于KNN基铁电陶瓷，通常构建多相共存相，例如正交-四方相，菱方-四方相，正交-四方-菱方三相共存相，以提高铁电陶瓷应变性能，其优点是低的外加电场产生应变，高电场下具有储能特性；缺点是室温下的多相共存随温度变化而改变，导致其应变性能就会下降。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高应变性能的铌酸钾钠基铁电陶瓷及其制备方法，在添加SrTiO₃的同时，调整K/Na比例，所得铌酸钾钠基铁电陶瓷表现出优异的应变性能。

本发明提出的一种高应变性能的铌酸钾钠基铁电陶瓷及其制备方法，其化学式为：0.90(K_0.48Na_0.52)NbO₃-0.10SrTiO₃。

优选地，所述铌酸钾钠基铁电陶瓷粉体具有四方相结构。

优选地，所述铌酸钾钠基铁电陶瓷粉体的平均晶粒尺寸为0.32～0.35μm。

优选地，所述铌酸钾钠基铁电陶瓷粉体在高的外电场E为60kV/cm下，几乎无迟滞应变值为0.09～0.11％，且居里温度为133～137℃。

本发明还提出了一种上述一种高应变性能的铌酸钾钠基铁电陶瓷及其制备方法，步骤如下：将各原料混合、烘干、过筛后，经煅烧、球磨、烘干、造粒、压制成型、排胶、烧结和烧银处理后，即得。

优选地，所述原料为碳酸钾、碳酸钠、五氧化二铌、氧化锶、二氧化钛。

优选地，在850～950℃下煅烧，保温3～5h。

优选地，球磨8～12h，球磨转速为240～280r/min。

优选地，在580～620℃下保温50～70min排胶。

优选地，于1200～1250℃下烧结，保温2.5～3.5h。

有益效果：本发明通过向铌酸钾钠铁电陶瓷中掺杂适量的SrTiO₃，减小畴的尺寸，利于畴在电场下转动，进而增加应变性能；并优化调整K、Na等元素的比例，降低铌酸钾钠铁电陶瓷四方-立方相转变温度，使铁电陶瓷处于单一的四方相结构，较多相共存而言，该化学组成的铁电陶瓷的结构及性能对温度不敏感，其陶瓷相结构在室温至居里温度之间都是四方相，且保持相同的应变性能，其居里温度为135℃，平均晶粒尺寸在0.34μm；在外电场E为60kV/cm下，达到几乎无迟滞的应变为0.10％。本发明制备的铌酸钾钠基铁电陶瓷具有良好的应变性能，制备简单，成本低廉。

附图说明