本发明专利技术公开了一种KNN-LT-BF无铅压电陶瓷及其制备方法，其化学式为(1-x)(0.46KNbO3-0.46NaNbO3-0.08LiTaO3)-xBiFeO3，x=0.004～0.010。以KNbO3、NaNbO3、LiTaO3和BiFeO3粉体为原料，加入有机物粘结剂及水，搅拌形成胶体，然后烘干，得混料，向混料中加水、陈腐、干压成型，得陶瓷生坯片，陶瓷生坯片经排塑处理后在常压烧结得到KNN-LT-BF无铅压电陶瓷。是一种工艺简单、高效率、低能耗、成本低廉且很具实用性的无铅压电陶瓷制备方法，制得的KNN-LT-BF无铅压电陶瓷性质稳定、致密、性能良好。
KNN-LT-BF leadless piezoelectric ceramic and preparation method thereof
The invention discloses a KNN-LT-BF leadless piezoelectric ceramic and a preparation method thereof, wherein the chemical formula is (1-x) (0.46KNbO3-0.46NaNbO3-0.08LiTaO3) -xBiFeO3, x=0.004 to 0.010. In KNbO3, NaNbO3, LiTaO3 and BiFeO3 powders as raw materials, adding organic binder and water, stirring to form a gel, and then drying, mixed material, adding water, mixing to stale, dry pressing molding, to ceramic sheet, ceramic green sheet by row of plastic treatment in pressureless sintering KNN-LT-BF lead-free piezoelectric ceramic. It is a lead-free piezoelectric ceramic preparation with simple process, high efficiency, low energy consumption, low cost and practicability. The KNN-LT-BF lead-free piezoelectric ceramics are stable, compact and good in properties.
【技术实现步骤摘要】
—种KNN-LT-BF无铅压电陶瓷及其制备方法
本专利技术属于钙钛矿结构无铅压电陶瓷领域，涉及一种KNN-LT-BF无铅压电陶瓷及其制备方法。
技术介绍
自二十世纪四十年代中期发现钛酸钡陶瓷的压电性以来，特别是具有优异压电性能和高居里温度的锆钛酸铅Pb (Ti, Zr) O3陶瓷成功开发后，结构特征为ABO3型的铅基钙钛矿压电陶瓷的研究开发非常活跃，压电陶瓷及压电陶瓷器件已广泛地应用于工业特别是信息产业领域。以锆钛酸铅(Pb (Ti，Zr) O3)为代表的铅基二元系和以锆钛酸铅(Pb (Ti，Zr) O3)为基、添加第三组元如以铌镁酸铅(Pb (Mgl73Nb273) O3)、锑锰酸铅Pb (Mnl73Sb273) O3为代表的铅基三元系压电陶瓷材料具有优良的压电铁电性能、高的居里温度。工业生产中应用的压电陶瓷绝大多数是该类钙钛矿铅基压电陶瓷。但是，铅基压电陶瓷材料中，PbO或Pb3O4的含量约占原料总质量的70%。铅污染已成为人类公害之一。铅基压电陶瓷在生产、使用及废弃后处理过程中给人类及生态环境造成严重危害，不利于人类社会的可持续发展。近年来，开发不含铅的、性能优越的压电陶瓷体系受到世界各国特别是欧美、日本、韩国以及中国的日益重视。目前广泛研究的无铅压电陶瓷体系有四类:铋层状结构无铅压电陶瓷、BaTiO3基无铅压电陶瓷、Bia5Naa5TiO3基无铅压电陶瓷及Ka5Naa5NbO3碱金属铌酸盐系无铅压电陶瓷。其中KNN系无铅压电陶瓷因具有介电常数小、压电性能高、频率常数大、密度小、居里温度高等特点，成为当前最有可能取代铅基压电陶瓷的体系之一。然而，传统工艺获得KNN压电陶瓷有以下的缺点:⑴在1140°C以上，KNN会出现液相，所以KNN的温度稳定性被限制在1140°C以下。(2)由于在9 00°C左右Na和K会以氧化物Na2O和K2O形成开始挥发，造成预烧和烧结的气氛很难控制；(3)KNN在潮湿的环境时非常容易发生潮解，使化学计量发生偏离，导致产生杂相，使陶瓷难以烧结致密。上述原因都限制了 KNN体系材料的实际应用。为了优化KNN基无铅压电陶瓷的结构，提高KNN基陶瓷的压电性能，各国学者从添加烧结助剂、A位和B位掺杂取代、添加新组元等方面对KNN基无铅压电陶瓷进行了大量研究；同时，结合热压、放电等离子、热等静压烧结等工艺方法，以期获得致密的KNN陶瓷；然而上述制备方法对设备要求过高、生产工艺苛刻、生产成本较高、材料尺寸受到限制，而且制得的陶瓷的稳定性也不能令人满意，因此难以获得工业化应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种KNN-LT-BF无铅压电陶瓷及其制备方法，该方法工艺简单、能耗低、成本低，制得的KNN-LT-BF无铅压电陶瓷的化学式为(1-x) (0.46KNb03_0.46NaNbO3-0.08LiTa03)-XBiFeO3 (x=0.004 ~0.010)。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为:一种KNN-LT-BF无铅压电陶瓷，其化学式为:(1-x) (0.46KNb03-0.46NaNb03_0.08LiTa03) _xBiFe03，其中 χ=0.004 ~0.010。其为钙钛矿结构，其压电常数d33=52~107pC/N，机电耦合系数Κρ=17.I~23.9%，机械品质因子Qm=23.681~52.11，居里温度Tc=401.1~468.4°C。一种KNN-LT-BF无铅压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤:步骤1:按(1-x) (0.46KNb03-0.46NaNb03_0.08LiTa03)-XBiFeO3, x=0.004 ~0.010的化学计量比，计算KNbO3粉体、NaNbO3粉体、LiTaO3粉体和BiFeO3粉体的质量并称取，得原料；步骤2:将步骤I称取的原料放入反应容器中，加入有机物粘结剂及水，室温下搅拌至混合均匀并形成胶体，然后烘干，得混料；其中加入的有机物粘结剂的质量为原料质量的0.7%~2.3%，加入的水的质量为原料质量的50~100% ；步骤3:向步骤2所得的混料中加入原料质量3~5 %的水，混合均匀后放在无光环境中陈腐，然后造粒，再干压成型，得陶瓷生坯片；步骤4:陶瓷生坯片经过排塑处理，在常压下于1045~1080°C烧结I~2h，冷却后得到KNN-LT-BF无铅压电陶瓷。以水热法合成的KNb03、NaNbO3^ LiTaO3和BiFeO3粉体为原料。所述步骤2中的有机粘结剂为原料质量0.1%~0.3%的海藻酸钠、原料质量 0.5%~1.5%的腐殖酸钠和原料质量0.1%~0.5%的聚丙烯酸钠。所述步骤2中的搅拌时间为I~2h，烘干温度为60~80°C。所述步骤3中的陈腐时间为12~48h，干压成型的压力为20~30MPa。所述步骤4中的排塑处理的温度为600~700°C。所述步骤4的烧结过程中在陶瓷生坯片周围用同组成原料作为埋粉以减少烧结过程中碱金属阳离子的挥发。所述的KNN-LT-BF无铅压电陶瓷还需进行极化操作，具体步骤为:将KNN-LT-BF无铅压电陶瓷被上银电极，在100~120°C的硅油中，在3~3.5kV/mm电压下极化30~60minso相对于现有技术，本专利技术的有益效果为:本专利技术提供的KNN-LT-BF无铅压电陶瓷的制备方法，以KNb03、NaNbO3^ LiTaO3和BiFeO3粉体为原料，根据扩散双电层理论，利用扩散双电层原理混料法，加入有机物粘结剂及水搅拌成稳定的胶体使其混合均匀，再利用干压成型法制得陶瓷生坯片，再在常压条件下将陶瓷生坯片烧结制得KNN-LT-BF无铅压电陶瓷，即(1-x) (0.46KNb03_0.46NaNb03-0.08LiTaO3)-XBiFeO3 (χ=(λ 004~(λ 010)无铅压电陶瓷。是一种工艺简单、高效率、低能耗、成本低廉且很具实用性的无铅压电陶瓷制备方法。且制得的(1-x) (0.46KNb03-0.46NaNb03-0.08LiTa03)-XBiFeO3 (x=0.004~0.010)无铅压电陶瓷性质稳定、致密、性能良好。进一步的，本专利技术提供的KNN-LT-BF无铅压电陶瓷为钙钛矿结构，为四方相，具有良好的压电、铁电性能，其压电常数d33=52~107pC/N，机电耦合系数Kp=17.1~23.9%，机械品质因子Qm=23.681~52.11，居里温度Tc=401.1~468.4。。。进一步的，本专利技术在烧结过程中在陶瓷生坯片周围用同组成原料作为埋粉以减少烧结过程中碱金属阳离子的挥发。【附图说明】图1是本专利技术水热合成的NaNbO3粉体、KNbO3粉体、BiFeO3粉体和LiTaO3粉体的XRD 图，其中 a 为 NaNbO3 的 XRD 图，b 为 KNbO3 的 XRD 图，c 为 BiFeO3 的 XRD 图，d 为 LiTaO3的XRD图；图2是本专利技术制备的KNN-LT-BF无铅压电陶瓷的XRD图谱，其中a~d分别为实施例I~4制备的KNN-LT-BF无铅压电陶瓷的XRD图谱；图3是本专利技术实施例1~4制备的KNN-LT-BF无铅压电陶瓷压电性能图。图4为本专利技术制备的KNN-LT-BF无铅压电陶瓷的介电温谱图，其中a~d分别为实施例1~4制备的KNN-LT-BF无铅压电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种KNN?LT?BF无铅压电陶瓷，其特征在于：其化学式为(1?x)(0.46KNbO3?0.46NaNbO3?0.08LiTaO3)?xBiFeO3，其中x=0.004～0.010。
【技术特征摘要】
1.一种KNN-LT-BF无铅压电陶瓷，其特征在于:其化学式为(1-X) (0.46KNb03-0.46NaNb03-0.08LiTa03)-XBiFeO3,其中 x=0.004 ~0.010。2.根据权利要求1所述的KNN-LT-BF无铅压电陶瓷，其特征在于:其为钙钛矿结构，其压电常数d33=52~107pC/N，机电耦合系数Kp=17.1~23.9%，机械品质因子Qm=23.681~52.11，居里温度 Tc=401.1 ~468.4°C。3.一种KNN-LT-BF无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于:包括以下步骤:步骤 1:按(1-x) (0.46KNb03-0.46NaNb03_0.08LiTa03)-XBiFeO3, χ=0.004 ~0.010 的化学计量比，计算KNbO3粉体、NaNbO3粉体、LiTaO3粉体和BiFeO3粉体的质量并称取，得原料； 步骤2:将步骤I称取的原料放入反应容器中，加入有机物粘结剂及水，室温下搅拌至混合均匀并形成胶体，然后烘干，得混料；其中加入的有机物粘结剂的质量为原料质量的0.7%~2.3%，加入的水的质量为原料质量的50~100% ； 步骤3:向步骤2所得的混料中加入原料质量3~5%的水，混合均匀后放在无光环境中陈腐，然后造粒，再干压成型，得陶瓷生坯片； 步骤4:陶瓷生坯片经过排塑处理，在常压下于1045~1080°C烧结I~2h，冷却后得到KNN-LT-BF无铅压电陶瓷。4.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：谈国强，郝航飞，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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