CN102910907A - 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其两步烧结制备方法 - Google Patents

一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其两步烧结制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102910907A
CN102910907A CN2012104062898A CN201210406289A CN102910907A CN 102910907 A CN102910907 A CN 102910907A CN 2012104062898 A CN2012104062898 A CN 2012104062898A CN 201210406289 A CN201210406289 A CN 201210406289A CN 102910907 A CN102910907 A CN 102910907A
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric ceramic
leadless piezoelectric
based leadless
potassium niobate
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012104062898A
Other languages
English (en)
Inventor
戴叶婧
李洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN2012104062898A priority Critical patent/CN102910907A/zh
Publication of CN102910907A publication Critical patent/CN102910907A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明公开了一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其两步烧结制备方法，其原料组成及其摩尔比为aKNbO3-(1-a)(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3，其中a=0.04～0.06。本发明采用两步烧结固相合成的制备方法，控制第一步烧结温度为1130～1150℃，保温时间为1min，第二步烧结温度为900～1040℃，保温时间为7h，得到新型压电陶瓷材料，其压电系数d33最高为328pC/N，且具有良好的铁电性能，剩余极化强度Pr和矫顽场Ec分别为17～23μC/cm2和0.5～0.7kV/mm。该无铅压电陶瓷材料可用于声音转换器、压电打火机、驱动器、谐振器等多种领域。

Description

一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其两步烧结制备方法
技术领域
本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其两步烧结制备方法。
背景技术
压电陶瓷材料应用遍及社会的各个领域及人们生活的各个方面。目前，应用最广泛的铅基压电陶瓷（PZT），在制备、使用、废弃过程中由于铅的存在对人类及生态环境造成严重的危害，因此研究和开发性能优异的无铅压电陶瓷，意义深远且十分迫切。
目前人们已开发出多种无铅压电陶瓷，BaTiO3是最早发现的典型的无铅压电材料，但由于其居里点低及烧结温度高限制了其应用。铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，因其具有高的居里温度和优异的压电性能，被认为是最有前途取代铅基压电陶瓷的材料之一。现有技术中在KNN陶瓷的基础上对其同时进行A位Li掺杂和B位Ta、Sb掺杂，利用传统固相烧结工艺得到了d33>300pC/N的压电陶瓷，能与商用PZT系陶瓷性能匹敌。但是KNN基压电陶瓷在制备过程中碱金属丢失是一个大问题。目前，人们大多通过掺杂改性和改进工艺来降低烧结温度以减少碱的挥发，而通过两步烧结和碱的弥补以减少碱的挥发则不曾报导。
发明内容
本发明的目的，是为解决铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料制备过程中碱金属丢失的问题，提供一种添加铌酸钾，两步烧结制备锂钽锑改性的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料及其制备方法。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其原料组成及其摩尔比aKNbO3-(1-a)(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3，其中a=0.04～0.06。
所述外加的KNbO3为5％摩尔。其原料组成及其摩尔比为aKNbO3-(1-a)(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3，其中a=0.05。
其压电系数d33为259～328pC/N，剩余极化强度Pr和矫顽场Ec分别为17～23μC/cm2和0.5～0.7kV/mm。
一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的两步烧结制备方法，具有如下步骤：
（1）分别按(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3和KNbO3的化学计量比称取原料、混合、球磨和烘干，配制A、B基本原料；
（2）将步骤（1）的A、B基本原料分别于800℃预烧，保温时间为3h，得到A、B粉料；
（3）将步骤（2）的A、B粉料按aKNbO3-(1-a)(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3，其中a=0.04～0.06化学计量比进行配料，再混料、二次球磨、造粒、成型、排胶；
（4）将步骤（3）排胶后的坯体于1130～1150℃下进行第一步烧结，保温1min；
（5）由步骤（4）第一步烧结1130～1150℃的烧结温度降温至900～1040℃，保温7h，进行第二步烧结，自然冷却至室温，制得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。
所述步骤（1）的原料为碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、五氧化二铌、五氧化二钽、三氧化二锑。
所述步骤（4）的升温速度为10℃/min。
所述步骤（5）的降温速度为10℃/min。
本发明的有益效果，是采用两步烧结固相合成的制备方法，添加铌酸钾，制备锂钽锑改性的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料，既有效缩短了高温烧结的时间，又在一定程度上弥补了钾的丢失，制备的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷为单一钙钛矿结构。其压电系数d33为259～328pC/N，剩余极化强度Pr和矫顽场Ec分别为17～23μC/cm2和0.5～0.7kV/mm。
附图说明
图1是本发明实施例1-8不同条件下制品的压电常数d33；
图2是本发明实施例1-8不同条件下制品的X射线图谱；
图3是本发明实施例1-8不同条件下制品的P-E磁滞回线。
具体实施方式
下面结合实施例作进一步描述，但并不以此限制本发明的保护范围。
实施例1
(1)配料合成
按(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3的化学计量比称取原料碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、五氧化二铌、五氧化二钽和三氧化二锑，进行混合，装入球磨罐中，球磨介质为无水乙醇和氧化锆球，球磨6h，球磨转速为800转/分；将料浆放入烘箱内80℃烘干，得A原配料；同样条件按KNbO3的化学计量比称取原料、混合、球磨和烘干，得B原配料；
(2)预烧
将步骤（1）得到的A、B原配料分别放入坩埚内，加盖，密封，在马弗炉中800℃保温3h，自然冷却到室温，出炉，得A、B粉料；
(3)二次球磨
将步骤（2）得到的粉料在研钵中研磨，按0.95A-0.05B的配比称取A、B粉料，进行混合，装入球磨罐，球磨介质为无水乙醇和氧化锆球，球磨6h，球磨转速为800转/分，将料浆放入烘箱80℃烘干，得混合粉料；
(4)造粒
将步骤（3）得到的混合粉料在研钵中研细，加入重量浓度为5%的聚乙烯醇缩丁醛（PVB），充分搅拌至粉料呈粒状，得粒料；
(5)成型
将步骤（4）得到的粒料放入直径为13mm的不锈钢模具内，在100MPa压力下压成圆片状坯件；
(6)排胶
将步骤（5）得到的坯件放入马弗炉中，600℃保温0.5h进行有机物排除，得排胶坯件；
(7)两步烧结
将步骤（6）得到的排胶坯件放置氧化铝片上，坩锅倒扣密封，按升温速度为10℃/min，于1130℃进行第一次烧结，保温1min；再以10℃/min速度快速降温至950℃，于950℃保温7h进行第二次烧结，然后随炉自然冷却至室温，得铌酸钾钠基压电陶瓷。
实施例2
采用实施例1相同的方法，第一步烧结温度为1130℃，第二步烧结温度为1020℃，制得铌酸钾钠基压电陶瓷。
实施例3
采用实施例1相同的方法，第一步烧结温度为1130℃，第二步烧结温度为1000℃，制得铌酸钾钠基压电陶瓷。
实施例4
采用实施例1相同的方法，第一步烧结温度为1130℃，第二步烧结温度为900℃，制得铌酸钾钠基压电陶瓷。
实施例5
采用实施例1相同的方法，第一步烧结温度为1150℃，第二步烧结温度为1040℃，制得铌酸钾钠基压电陶瓷。
实施例6
采用实施例1相同的方法，第一步烧结温度为1150℃，第二步烧结温度为1020℃，制得铌酸钾钠基压电陶瓷。
实施例7
采用实施例1相同的方法，第一步烧结温度为1150℃，第二步烧结温度为1000℃，制得铌酸钾钠基压电陶瓷。
实施例8
采用实施例1相同的方法，第一步烧结温度为1150℃，第二步烧结温度为950℃，制得铌酸钾钠基压电陶瓷。
对本发明所得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷制品，在不同条件下测试其压电常数d33，并绘制图表，图1是本发明实施例1-8不同条件下制品的压电常数d33，第二步烧结温度有一个最佳值。
经过检测分析，实施例1-8所得无铅压电陶瓷制品为单一钙钛矿结构，如图2a、b所示。
图3a、b是实施例1-8在不同工艺条件下制备的无铅压电陶瓷的P-E磁滞回线，表明了所得无铅压电陶瓷制品具有较好的铁电性能。

Claims (7)

1.一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其原料组成及其摩尔比aKNbO3-(1-a)(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3，其中a=0.04～0.06。 
2.根据权利要求1的一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其特征在于，所述外加的KNbO3为5%摩尔。其原料组成及其摩尔比为aKNbO3-(1-a)(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3，其中a=0.05。 
3.根据权利要求1的一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其特征在于，其压电系数d33为259～328pC/N，剩余极化强度Pr和矫顽场Ec分别为17～23μC/cm2和0.5～0.7kV/mm。 
4.权利要求1的一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的两步烧结制备方法，具有如下步骤： 
（1）分别按(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3和KNbO3的化学计量比称取原料、混合、球磨和烘干，配制A、B基本原料； 
（2）将步骤（1）的A、B基本原料分别于800℃预烧，保温时间为3h，得到A、B粉料； 
（3）将步骤（2）的A、B粉料按aKNbO3-(1-a)(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3，其中a=0.04～0.06化学计量比进行配料，再混料、二次球磨、造粒、成型、排胶； 
（4）将步骤（3）排胶后的坯体于1130～1150℃下进行第一步烧结，保温1min； 
（5）由步骤（4）第一步烧结1130～1150℃的烧结温度降温至900～1040℃，保温7h，进行第二步烧结，自然冷却至室温，制得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
5.根据权利要求4的一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的两步烧结制备方法，其特征在于，所述步骤（1）的原料为碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、五氧化二铌、五氧化二钽、三氧化二锑。 
6.根据权利要求4的一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的两步烧结制备方法，其特征在于，所述步骤（4）的升温速度为10℃/min。 
7.根据权利要求4的一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的两步烧结制备方法，其特征在于，所述步骤（5）的降温速度为10℃/min。 
CN2012104062898A 2012-10-22 2012-10-22 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其两步烧结制备方法 Pending CN102910907A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104062898A CN102910907A (zh) 2012-10-22 2012-10-22 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其两步烧结制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104062898A CN102910907A (zh) 2012-10-22 2012-10-22 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其两步烧结制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102910907A true CN102910907A (zh) 2013-02-06

Family

ID=47609514

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012104062898A Pending CN102910907A (zh) 2012-10-22 2012-10-22 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其两步烧结制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102910907A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103420673A (zh) * 2013-08-05 2013-12-04 西北工业大学 铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷及其制备方法
CN104698294A (zh) * 2015-03-17 2015-06-10 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种动态测量压电材料高温压电系数的装置
CN104698295A (zh) * 2015-03-17 2015-06-10 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种动态测量压电材料高温压电系数的方法
CN107098699A (zh) * 2017-03-28 2017-08-29 同济大学 宽烧结温区及宽组分调节的无铅压电织构陶瓷及制备方法
CN107216149A (zh) * 2017-06-22 2017-09-29 盐城工学院 一种透明无铅压电陶瓷材料及其制备方法
CN107910435A (zh) * 2017-11-24 2018-04-13 苏州科茂电子材料科技有限公司 一种新型压电材料及其制备方法
CN108503359A (zh) * 2018-03-28 2018-09-07 江苏大学 一种适用于驱动器的小迟滞无铅压电陶瓷及其制备方法
CN109608195A (zh) * 2018-12-26 2019-04-12 同济大学 高压电性、高电致应变的无铅压电陶瓷材料及其制备方法
CN113666741A (zh) * 2021-08-10 2021-11-19 内蒙古工业大学 一种钒掺杂铌酸钠压电陶瓷及其制备方法
CN115477538A (zh) * 2022-10-05 2022-12-16 西南大学 一种两步烧结制备铌酸钾钠基压电陶瓷的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101885607A (zh) * 2010-07-08 2010-11-17 桂林理工大学 锆钛酸钡-铌酸钾钠基压电陶瓷及其制备方法
CN101891474A (zh) * 2010-07-08 2010-11-24 桂林理工大学 铌酸钾钠-钛酸铋钠钾压电陶瓷及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101885607A (zh) * 2010-07-08 2010-11-17 桂林理工大学 锆钛酸钡-铌酸钾钠基压电陶瓷及其制备方法
CN101891474A (zh) * 2010-07-08 2010-11-24 桂林理工大学 铌酸钾钠-钛酸铋钠钾压电陶瓷及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YANG LI ET AL.: "Microstructures and electrical properties of KNbO3 doped (Li,Ta,Sb) modified (K,Na)NbO3 lead-free ceramics by two-step sintering", 《MATERIALS LETTERS》, vol. 89, 25 August 2012 (2012-08-25) *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103420673A (zh) * 2013-08-05 2013-12-04 西北工业大学 铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷及其制备方法
CN103420673B (zh) * 2013-08-05 2014-11-05 西北工业大学 铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷及其制备方法
CN104698294B (zh) * 2015-03-17 2018-03-06 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种动态测量压电材料高温压电系数的装置
CN104698295A (zh) * 2015-03-17 2015-06-10 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种动态测量压电材料高温压电系数的方法
CN104698294A (zh) * 2015-03-17 2015-06-10 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种动态测量压电材料高温压电系数的装置
CN107098699A (zh) * 2017-03-28 2017-08-29 同济大学 宽烧结温区及宽组分调节的无铅压电织构陶瓷及制备方法
CN107216149A (zh) * 2017-06-22 2017-09-29 盐城工学院 一种透明无铅压电陶瓷材料及其制备方法
CN107910435A (zh) * 2017-11-24 2018-04-13 苏州科茂电子材料科技有限公司 一种新型压电材料及其制备方法
CN108503359A (zh) * 2018-03-28 2018-09-07 江苏大学 一种适用于驱动器的小迟滞无铅压电陶瓷及其制备方法
CN109608195A (zh) * 2018-12-26 2019-04-12 同济大学 高压电性、高电致应变的无铅压电陶瓷材料及其制备方法
CN109608195B (zh) * 2018-12-26 2021-12-31 同济大学 高压电性、高电致应变的无铅压电陶瓷材料及其制备方法
CN113666741A (zh) * 2021-08-10 2021-11-19 内蒙古工业大学 一种钒掺杂铌酸钠压电陶瓷及其制备方法
CN115477538A (zh) * 2022-10-05 2022-12-16 西南大学 一种两步烧结制备铌酸钾钠基压电陶瓷的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102910907A (zh) 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其两步烧结制备方法
CN101913868B (zh) 铌酸钾钠织构陶瓷与铌酸钾钠单晶的制备方法
CN102249659A (zh) 一种高居里温度铁酸铋基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN105254298B (zh) 一种高压电性能的锂掺杂铌酸钾钠单晶及其制备方法
CN103979955B (zh) 锂-铝离子对掺杂改性的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料的制备方法
CN101423391B (zh) 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN102910902B (zh) 一种bnt-bt-bkt基钙钛矿体系多元无铅压电陶瓷及其制备方法
CN101462875A (zh) 一种钛酸铋钠基无铅压电陶瓷及其制备工艺
CN101891474A (zh) 铌酸钾钠-钛酸铋钠钾压电陶瓷及其制备方法
CN110128126B (zh) 一种铁酸铋-钛酸钡-锌钛酸铋-铝酸铋高温无铅压电陶瓷及其制备方法
CN101024574A (zh) 铋基钙钛矿替代的铌酸钾钠系无铅压电陶瓷及其制备方法
CN101885607A (zh) 锆钛酸钡-铌酸钾钠基压电陶瓷及其制备方法
CN104876567A (zh) 高压电系数铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN104529446A (zh) 一种氧化铜掺杂的铌酸钾钠电致应变陶瓷及其制备方法
CN101891472A (zh) 钙钛矿结构高居里温度无铅压电陶瓷及其制备方法
Peng et al. Dielectric and piezoelectric properties of Sb5+ doped (NaBi) 0.38 (LiCe) 0.05 [] 0.14 Bi2Nb2O9 ceramics
CN102285792A (zh) 钙钛矿结构无铅压电陶瓷
Yamatoh et al. Polymerizable complex synthesis of lead-free ferroelectric Na0. 5Bi0. 5TiO3 suppressing evaporation of sodium and bismuth
CN101786880B (zh) 一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷及其制备方法
CN107117960A (zh) 一种钛酸铋钠‑钛酸铋钾基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN107268084B (zh) 铌酸钾钠-锆酸铋钠无铅压电单晶及其生长方法
CN102910906A (zh) 一种高性能铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN103524129B (zh) 一种超声发射型换能器用压电陶瓷材料及其制备方法
CN103145417B (zh) 一种高性能低成本铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN106365632B (zh) 三元体系的无铅压电陶瓷材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130206