CN102976752A - 一种铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料及其陶瓷膜片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料，其组成为：陶瓷基料34～65wt%、模板1～20wt%、去离子水20～60wt%、粘结剂1～30wt%、增塑剂1～5wt%、分散剂0.5～3wt%、成膜助剂0.5～2wt%、除泡剂0.05～1wt%；所述陶瓷基料为含1～5wt%烧结助剂的铌酸钾钠基陶瓷粉料；所述模板为片状Nb₂O₅。此外还公开了采用上述浆料制备陶瓷膜片的方法。本发明能够很好地适应环境友好及清洁生产等发展趋势，并提高了产品质量；而且工艺成本低、使用安全、适合于大规模工业化生产。

Description

一种铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料及其陶瓷膜片的制备方法

技术领域

本发明涉及功能陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料及其陶瓷膜片的制备方法。

背景技术

压电陶瓷作为一类重要的功能陶瓷，具有实现电能与机械能直接转换的功能，其工作原理源自力–电耦合的压电效应，涉及材料、物理、力学等多学科交叉，已广泛应用于电子信息、超声换能、传感器、无损检测等技术领域。目前，现有技术大规模使用的压电陶瓷材料体系主要是铅基压电陶瓷。由于铅基压电陶瓷材料在生产、使用及废弃后的处理过程中都会给人类及生态环境带来严重危害，因此环境友好的新型压电陶瓷材料已成为世界广泛关注和研发的热点。铌酸钾钠基无铅压电陶瓷由于其具有优越的压电性能和较高的居里温度，因而是目前最受关注的无铅压电陶瓷体系之一。

现有技术铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法主要包括：传统固相烧结法、水热合成法、溶胶-凝胶合成法（sol-gel）、模板晶粒生长法（Templated Grain Growth，TGG）、反应模板晶粒生长法（Reactive-Templated Grain Growth，RTGG）等，而不同的制备技术对铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的性能有着重大的影响。其中，固相烧结法是最常用的方法之一，具有制备成本低、制备过程简单等特点，但是周期长，而且制备出的多晶陶瓷各向异性程度低，导致压电常数较低。sol-gel法制备成本低，得到的粉末微粒细小，但一直存在着团聚的问题。而TGG和RTGG这两种方法，由于采用织构化生长技术，其制备出来的陶瓷各向异性程度高，因而获得的织构化压电陶瓷性能优良。

目前，现有技术TGG和RTGG通过流延法制备的织构化压电陶瓷都是采用非水基流延成型。由于非水基流延成型工艺中有机物含量较多，因而会导致陶瓷膜片密度低、排胶过程中坯体易变形开裂等问题，不仅影响产品质量、生产成本偏高，而且使用的是易燃、有毒的有机溶剂，对人体和环境会造成严重的危害，不能适应环境友好及清洁生产等发展趋势。为此，研究以成本低、绿色环保为特征的水基流延成型工艺，不仅是生产和经济发展的需要，也是提高社会效益的迫切要求。目前也尚未见到关于采用水基流延成型工艺制备铌酸钾钠基织构化压电陶瓷的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料，以利于实现该体系材料织构化压电陶瓷膜片的制备，获得质量及性能优良的产品。本发明的另一目的在于提供一种利用上述浆料采用水基流延成型工艺制备织构化压电陶瓷膜片的方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料，其组成为：陶瓷基料34～65wt%、模板1～20wt%、去离子水20～60wt%、粘结剂1～30wt%、增塑剂1～5wt%、分散剂0.5～3wt%、成膜助剂0.5～2wt%、除泡剂0.05～1wt%；所述陶瓷基料为含1～5wt%烧结助剂的铌酸钾钠基陶瓷粉料；所述模板为片状Nb₂O₅。优选地，所述浆料其组成为：陶瓷基料35～60wt%、模板2～15wt%、去离子水25～50wt%、粘结剂5～25wt%、增塑剂1～5wt%、分散剂0.5～3wt%、成膜助剂0.5～2wt%、除泡剂0.05～1wt%。

进一步地，本发明所述烧结助剂为Bi₂O₃+CuO+Li₂O+ZnO复合熔块，按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝3～9∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝5～9∶2∶1。所述铌酸钾钠基陶瓷粉料为具有钙钛矿结构（ABO₃）的铌酸钾钠，A、B位掺杂金属阳离子，其中A位掺杂Li⁺，B位掺杂Sb³⁺、Ta⁵⁺，然后再复合掺杂锆钛酸钡钙，其结构通式为：

(1-n)(K_0.5Na_0.5)_1-xLi_xNb_0.9Sb_yTa_0.1-yO₃-n(Ba_1-zCa_z)(Ti_1-mZr_m)O₃，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.1,0≤z≤0.5，0≤m≤0.5，0≤n≤0.3。

进一步地，本发明所述陶瓷基料的粒径为0.01～5μm。所述片状Nb₂O₅其片状形貌为厚1～4μm、长10～50μm。

上述方案中，本发明所述粘结剂为苯丙乳液，增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或丙三醇，所述分散剂为三乙醇胺或者PVP，所述成膜助剂为二乙二醇丁醚醋酸或酯磷酸三丁酯，所述除泡剂为正丁醇。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法，采用上述铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料，包括以下步骤：

(1)将陶瓷基料加入到含分散剂的去离子水中，球磨5～8h后加入模板继续球磨0.5～2h；然后加入粘结剂、增塑剂球磨3～5h；最后加入成膜助剂和除泡剂搅拌0.5～2h，得到水基流延浆料；

(2)将所述水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.1～0.8m/min，流延膜厚度为80～200μm；

(3)将所述流延成型的膜片在25～60℃温度下干燥2～6h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。

本发明具有以下有益效果：

本发明水基流延浆料使用去离子水为溶剂代替易燃、有毒的有机溶剂，不仅能够很好地适应环境友好及清洁生产等发展趋势，而且避免了非水基流延成型工艺中由于有机物含量较多而导致的膜片密度低、排胶过程中坯体易变形开裂等问题，所获得的流延陶瓷膜片具有表面光滑、结构均匀、强度高、韧性好、便于切割和加工等优良性能。此外，本发明水基流延工艺成本低、使用安全、适合于大规模工业化生产。

下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

具体实施方式

本发明实施例铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料，由陶瓷基料、模板、去离子水、有机添加剂组成。

陶瓷基料为含1～5wt%烧结助剂（Bi₂O₃+CuO+Li₂O+ZnO复合熔块）的铌酸钾钠基陶瓷粉料，其粒径为0.01～5μm；其中铌酸钾钠基陶瓷粉料为具有钙钛矿结构（ABO₃）的铌酸钾钠，A、B位掺杂金属阳离子，其中A位掺杂Li⁺，B位掺杂Sb³⁺、Ta⁵⁺，然后再复合掺杂锆钛酸钡钙，其结构通式为：

(1-n)(K_0.5Na_0.5)_1-xLi_xNb_0.9Sb_yTa_0.1-yO₃-n(Ba_1-zCa_z)(Ti_1-mZr_m)O₃，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.1,0≤z≤0.5，0≤m≤0.5，0≤n≤0.3。

模板为具有厚1～4μm、长10～50μm片状形貌的五氧化二铌（Nb₂O₅）。

有机添加剂如下：粘结剂为苯丙乳液，增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或丙三醇，分散剂为PVP或者三乙醇胺，成膜助剂为二乙二醇丁醚醋酸或酯磷酸三丁酯，除泡剂为正丁醇。

本发明各实施例铌酸钾钠基陶瓷粉料，其结构通式中的配方参数如表1所示。

表1本发明实施例铌酸钾钠基陶瓷粉料结构通式中的配方参数

实施例	x	y	z	m	n
						实施例一	0.0050	0.06	0.10	0	0
实施例二	0.0015	0.05	0.15	0	0.10
						实施例三	0.0020	0.08	0.20	0.15	0.15
实施例四	0.0600	0.01	025	0.25	0.30
						实施例五	0.0100	0	0.30	0.30	0.25
实施例六	0.0200	0.09	0	0.35	0.2
						实施例七	0.0250	0.04	0	0.40	0.05
实施例八	0.0300	0.03	0.4	0.45	0.30
						实施例九	0.0700	0.07	0.45	0	0.25
实施例十	0.0650	0	0.50	0.50	0.10
						实施例十一	0.0500	0.06	0.35	0	0.28
实施例十二	0.0900	0.02	0	0.20	0.17
						实施例十三	0.0800	0.08	0.05	0.10	0.08
实施例十四	0.1000	0.1	0.15	0.15	0.22

实施例一：

本实施例铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法如下：

(1)将3g分散剂三乙醇胺溶于50g去离子水中，然后加入100g含1.5wt%烧结助剂（按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝3∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝5∶2∶1的复合熔块）按表1参数配比的铌酸钾钠基陶瓷粉料，于300r/min转速下球磨混合8h，然后加入5g片状Nb₂O₅模板于100r/min转速下继续球磨2h；之后加入10g粘结剂苯丙乳液、2g增塑剂邻苯二甲酸二丁酯于200r/min转速下球磨2.5h；最后加入0.9g成膜助剂酯磷酸三丁酯和0.09g除泡剂正丁醇放在磁力搅拌器上搅拌2h，得到水基流延浆料，其粘度为20mPa·s；

(2)将水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.1m/min，流延膜厚度为180μm；

(3)将流延成型的膜片在40℃温度下干燥5h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。

本实施例制得的陶瓷膜片表面光滑且不开裂、韧性好。将膜片切割、叠层、热压后放入烧结炉中，以1℃/min的速率升至650℃进行排胶，保温2小时；然后将排好胶的素片以5℃/min的速率升至1080℃保温2小时可烧结，被银、极化、测试。测得织构化压电陶瓷的压电常数d₃₃=155pC/N，机电耦合系数k_p=45.6%。

实施例二：

本实施例铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法如下：

(1)将3g分散剂PVP溶于70g去离子水中，然后加入100g含2wt%烧结助剂（按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝4∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝5∶2∶1的复合熔块）按表1参数配比的铌酸钾钠基陶瓷粉料，于300r/min转速下球磨混合8h，然后加入10g片状Nb₂O₅模板于100r/min转速下继续球磨1.5h；之后加入20g粘结剂苯丙乳液、5g增塑剂丙三醇于200r/min转速下球磨4h；最后加入1.5g成膜助剂二乙二醇丁醚醋酸和0.5g除泡剂正丁醇放在磁力搅拌器上搅拌1.5h，得到水基流延浆料，其粘度为25mPa·s；

(2)将水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.5m/min，流延膜厚度为100μm；

(3)将流延成型的膜片在50℃温度下干燥3h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。

本实施例制得的陶瓷膜片表面光滑且不开裂、韧性好。将膜片切割、叠层、热压后放入烧结炉中，以1℃/min的速率升至650℃进行排胶，保温2小时；然后将排好胶的素片以5℃/min的速率升至1130℃保温2小时可烧结，被银、极化、测试。测得织构化压电陶瓷的压电常数d₃₃=290pC/N，机电耦合系数k_p=46.5%。

实施例三：

本实施例铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法如下：

(1)将1.5g分散剂三乙醇胺溶于70g去离子水中，然后加入100g含2.5wt%烧结助剂（按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝5∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝8∶2∶1的复合熔块）按表1参数配比的铌酸钾钠基陶瓷粉料，于500r/min转速下球磨混合6h，然后加入15g片状Nb₂O₅模板于200r/min转速下继续球磨2h；之后加入30g粘结剂苯丙乳液、2.5g增塑剂邻苯二甲酸二丁酯于200r/min转速下球磨4h；最后加入1.5g成膜助剂酯磷酸三丁酯和0.8g除泡剂正丁醇放在磁力搅拌器上搅拌1.5h，得到水基流延浆料，其粘度为30mPa·s；

(2)将水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.8m/min，流延膜厚度为200μm；

(3)将流延成型的膜片在50℃温度下干燥3h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。

本实施例制得的陶瓷膜片表面光滑且不开裂、韧性好。将膜片切割、叠层、热压后放入烧结炉中，以1℃/min的速率升至650℃进行排胶，保温2小时；然后将排好胶的素片以5℃/min的速率升至1090℃保温3小时可烧结，被银、极化、测试。测得织构化压电陶瓷的压电常数d₃₃=407pC/N，机电耦合系数k_p=43.6%。

实施例四：

本实施例铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法如下：

(1)将1g分散剂PVP溶于60g去离子水中，然后加入100g含3wt%烧结助剂（按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝6∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝7∶2∶1的复合熔块）按表1参数配比的铌酸钾钠基陶瓷粉料，于300r/min转速下球磨混合8h，然后加入10g片状Nb₂O₅模板于100r/min转速下继续球磨1.5h；之后加入20g粘结剂苯丙乳液、3g增塑剂丙三醇于200r/min转速下球磨4h；最后加入1g成膜助剂二乙二醇丁醚醋酸和0.15g除泡剂正丁醇放在磁力搅拌器上搅拌1.5h，得到水基流延浆料，其粘度为25mPa·s；

(2)将水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.6m/min，流延膜厚度为150μm；

(3)将流延成型的膜片在40℃温度下干燥3h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。

本实施例制得的陶瓷膜片表面光滑且不开裂、韧性好。将膜片切割、叠层、热压后放入烧结炉中，以1℃/min的速率升至650℃进行排胶，保温2小时；然后将排好胶的素片以5℃/min的速率升至1130℃保温3小时可烧结，被银、极化、测试。测得织构化压电陶瓷的压电常数d₃₃=398pC/N，机电耦合系数k_p=45.6%。

实施例五：

本实施例铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法如下：

(1)将2.5g分散剂三乙醇胺溶于55g去离子水中，然后加入100g含4wt%烧结助剂（按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝8∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝9∶2∶1的复合熔块）按表1参数配比的铌酸钾钠基陶瓷粉料，于500r/min转速下球磨混合6h，然后加入10g片状Nb₂O₅模板于100r/min转速下继续球磨1.5h；之后加入30g粘结剂苯丙乳液、5g增塑剂邻苯二甲酸二丁酯于200r/min转速下球磨5h；最后加入1.5g成膜助剂酯磷酸三丁酯和0.6g除泡剂正丁醇放在磁力搅拌器上搅拌1.5h，得到水基流延浆料，其粘度为40mPa·s；

(2)将水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.5m/min，流延膜厚度为150μm；

(3)将流延成型的膜片在50℃温度下干燥2.5h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。

本实施例制得的陶瓷膜片表面光滑且不开裂、韧性好。将膜片切割、叠层、热压后放入烧结炉中，以1℃/min的速率升至650℃进行排胶，保温2小时；然后将排好胶的素片以5℃/min的速率升至1080℃保温2小时可烧结，被银、极化、测试。测得织构化压电陶瓷的压电常数d₃₃=321pC/N，机电耦合系数k_p=44.6%。

实施例六：

本实施例铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法如下：

(1)将3g分散剂PVP溶于50g去离子水中，然后加入100g含3.5wt%烧结助剂（按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝7∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝7∶2∶1的复合熔块）按表1参数配比的铌酸钾钠基陶瓷粉料，于300r/min转速下球磨混合6h，然后加入15g片状Nb₂O₅模板于100r/min转速下继续球磨1.5h；之后加入15g粘结剂苯丙乳液、4.5g增塑剂丙三醇于200r/min转速下球磨3h；最后加入1g成膜助剂二乙二醇丁醚醋酸和0.6g除泡剂正丁醇放在磁力搅拌器上搅拌1.5h，得到水基流延浆料，其粘度为25mPa·s；

(2)将水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.5m/min，流延膜厚度为150μm；

(3)将流延成型的膜片在50℃温度下干燥3h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。

本实施例制得的陶瓷膜片表面光滑且不开裂、韧性好。将膜片切割、叠层、热压后放入烧结炉中，以1℃/min的速率升至650℃进行排胶，保温2小时；然后将排好胶的素片以5℃/min的速率升至1100℃保温3小时可烧结，被银、极化、测试。测得织构化压电陶瓷的压电常数d₃₃=303pC/N，机电耦合系数k_p=45.1%。

实施例七：

本实施例铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法如下：

(1)将2.5g分散剂三乙醇胺溶于40g去离子水中，然后加入100g含4wt%烧结助剂（按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝8∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝5∶2∶1的复合熔块）按表1参数配比的铌酸钾钠基陶瓷粉料，于500r/min转速下球磨混合6h，然后加入10g片状Nb₂O₅模板于100r/min转速下继续球磨1.5h；之后加入25g粘结剂苯丙乳液、3g增塑剂邻苯二甲酸二丁酯于200r/min转速下球磨4h；最后加入1g成膜助剂酯磷酸三丁酯和0.2g除泡剂正丁醇放在磁力搅拌器上搅拌1.5h，得到水基流延浆料，其粘度为30mPa·s；

(2)将水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.5m/min，流延膜厚度为100μm；

(3)将流延成型的膜片在50℃温度下干燥2.5h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。

本实施例制得的陶瓷膜片表面光滑且不开裂、韧性好。将膜片切割、叠层、热压后放入烧结炉中，以1℃/min的速率升至650℃进行排胶，保温2小时；然后将排好胶的素片以5℃/min的速率升至1080℃保温2小时可烧结，被银、极化、测试。测得织构化压电陶瓷的压电常数d₃₃=320pC/N，机电耦合系数k_p=42.6%。

实施例八：

本实施例铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法如下：

(1)将2.5g分散剂PVP溶于60g去离子水中，然后加入100g含4.5wt%烧结助剂（按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝4∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝8∶2∶1的复合熔块）按表1参数配比的铌酸钾钠基陶瓷粉料，于500r/min转速下球磨混合6h，然后加入10g片状Nb₂O₅模板于100r/min转速下继续球磨1.5h；之后加入25g粘结剂苯丙乳液、3g增塑剂丙三醇于200r/min转速下球磨4h；最后加入1.5g成膜助剂二乙二醇丁醚醋酸和0.2g除泡剂正丁醇放在磁力搅拌器上搅拌2h，得到水基流延浆料，其粘度为45mPa·s；

(2)将水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.5m/min，流延膜厚度为150μm；

(3)将流延成型的膜片在50℃温度下干燥2.5h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。

本实施例制得的陶瓷膜片表面光滑且不开裂、韧性好。将膜片切割、叠层、热压后放入烧结炉中，以1℃/min的速率升至650℃进行排胶，保温2小时；然后将排好胶的素片以5℃/min的速率升至1130℃保温2小时可烧结，被银、极化、测试。测得织构化压电陶瓷的压电常数d₃₃=383pC/N，机电耦合系数k_p=45.5%。

实施例九：

本实施例铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法如下：

(1)将1.5g分散剂三乙醇胺溶于70g去离子水中，然后加入100g含5wt%烧结助剂（按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝9∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝5∶2∶1的复合熔块）按表1参数配比的铌酸钾钠基陶瓷粉料，于400r/min转速下球磨混合6h，然后加入10g片状Nb₂O₅模板于100r/min转速下继续球磨1.5h；之后加入25g粘结剂苯丙乳液、3g增塑剂邻苯二甲酸二丁酯于200r/min转速下球磨4h；最后加入1.5g成膜助剂酯磷酸三丁酯和0.3g除泡剂正丁醇放在磁力搅拌器上搅拌2h，得到水基流延浆料，其粘度为20mPa·s；

(2)将水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.4m/min，流延膜厚度为120μm；

(3)将流延成型的膜片在50℃温度下干燥2.5h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。

本实施例制得的陶瓷膜片表面光滑且不开裂、韧性好。将膜片切割、叠层、热压后放入烧结炉中，以1℃/min的速率升至650℃进行排胶，保温2小时；然后将排好胶的素片以5℃/min的速率升至1130℃保温3小时可烧结，被银、极化、测试。测得织构化压电陶瓷的压电常数d₃₃=392pC/N，机电耦合系数k_p=47.6%。

实施例十：

本实施例铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法如下：

(1)将2.5g分散剂三乙醇胺溶于55g去离子水中，然后加入100g含3.5wt%烧结助剂（按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝3∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝6∶2∶1的复合熔块）按表1参数配比的铌酸钾钠基陶瓷粉料，于500r/min转速下球磨混合6h，然后加入10g片状Nb₂O₅模板于100r/min转速下继续球磨1.5h；之后加入30g粘结剂苯丙乳液、3g增塑剂丙三醇于200r/min转速下球磨4h；最后加入2g成膜助剂二乙二醇丁醚醋酸和0.2g除泡剂正丁醇放在磁力搅拌器上搅拌2h，得到水基流延浆料，其粘度为45mPa·s；

(2)将水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.5m/min，流延膜厚度为100μm；

(3)将流延成型的膜片在50℃温度下干燥2.5h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。

本实施例制得的陶瓷膜片表面光滑且不开裂、韧性好。将膜片切割、叠层、热压后放入烧结炉中，以1℃/min的速率升至650℃进行排胶，保温2小时；然后将排好胶的素片以5℃/min的速率升至1120℃保温2小时可烧结，被银、极化、测试。测得织构化压电陶瓷的压电常数d₃₃=356pC/N，机电耦合系数k_p=45.3%。

实施例十一：

本实施例铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法如下：

(1)将2.5g分散剂PVP溶于55g去离子水中，然后加入100g含2wt%烧结助剂（按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝6∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝7∶2∶1的复合熔块）按表1参数配比的铌酸钾钠基陶瓷粉料，于500r/min转速下球磨混合6h，然后加入10g片状Nb₂O₅模板于100r/min转速下继续球磨1.5h；之后加入30g粘结剂苯丙乳液、3.5g增塑剂邻苯二甲酸二丁酯于200r/min转速下球磨4h；最后加入2g成膜助剂酯磷酸三丁酯和0.15g除泡剂正丁醇放在磁力搅拌器上搅拌2h，得到水基流延浆料，其粘度为30mPa·s；

(2)将水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.5m/min，流延膜厚度为150μm；

(3)将流延成型的膜片在45℃温度下干燥3h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。

本实施例制得的陶瓷膜片表面光滑且不开裂、韧性好。将膜片切割、叠层、热压后放入烧结炉中，以1℃/min的速率升至650℃进行排胶，保温2小时；然后将排好胶的素片以5℃/min的速率升至1130℃保温2小时可烧结，被银、极化、测试。测得织构化压电陶瓷的压电常数d₃₃=328pC/N，机电耦合系数k_p=43.6%。

实施例十二：

本实施例铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法如下：

(1)将2.5g分散剂三乙醇胺溶于60g去离子水中，然后加入100g含2.5wt%烧结助剂（按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝9∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝6∶2∶1的复合熔块）按表1参数配比的铌酸钾钠基陶瓷粉料，于400r/min转速下球磨混合6h，然后加入15g片状Nb₂O₅模板于100r/min转速下继续球磨1.5h；之后加入30g粘结剂苯丙乳液、3g增塑剂丙三醇于200r/min转速下球磨4h；最后加入2g成膜助剂二乙二醇丁醚醋酸和0.2g除泡剂正丁醇放在磁力搅拌器上搅拌2h，得到水基流延浆料，其粘度为30mPa·s；

(2)将水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.5m/min，流延膜厚度为80μm；

(3)将流延成型的膜片在45℃温度下干燥3h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。

本实施例制得的陶瓷膜片表面光滑且不开裂、韧性好。将膜片切割、叠层、热压后放入烧结炉中，以1℃/min的速率升至650℃进行排胶，保温2小时；然后将排好胶的素片以5℃/min的速率升至1120℃保温2小时可烧结，被银、极化、测试。测得织构化压电陶瓷的压电常数d₃₃=345pC/N，机电耦合系数k_p=44.8%。

实施例十三：

本实施例铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法如下：

(1)将2.5g分散剂三乙醇胺溶于60g去离子水中，然后加入100g含1wt%烧结助剂（按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝3∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝6∶2∶1的复合熔块）按表1参数配比的铌酸钾钠基陶瓷粉料，于400r/min转速下球磨混合6h，然后加入15g片状Nb₂O₅模板于100r/min转速下继续球磨1.5h；之后加入30g粘结剂苯丙乳液、4g增塑剂邻苯二甲酸二丁酯于200r/min转速下球磨4h；最后加入1.5g成膜助剂酯磷酸三丁酯和0.15g除泡剂正丁醇放在磁力搅拌器上搅拌2h，得到水基流延浆料，其粘度为25mPa·s；

(2)将水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.5m/min，流延膜厚度为180μm；

(3)将流延成型的膜片在45℃温度下干燥3h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。

本实施例制得的陶瓷膜片表面光滑且不开裂、韧性好。将膜片切割、叠层、热压后放入烧结炉中，以1℃/min的速率升至650℃进行排胶，保温2小时；然后将排好胶的素片以5℃/min的速率升至1130℃保温2小时可烧结，被银、极化、测试。测得织构化压电陶瓷的压电常数d₃₃=396pC/N，机电耦合系数k_p=45.3%。

实施例十四：

本实施例铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法如下：

(1)将2.5g分散剂三乙醇胺溶于60g去离子水中，然后加入100g含3.5wt%烧结助剂（按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝7∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝8∶2∶1的复合熔块）按表1参数配比的铌酸钾钠基陶瓷粉料，于500r/min转速下球磨混合5h，然后加入10g片状Nb₂O₅模板于100r/min转速下继续球磨1.5h；之后加入30g粘结剂苯丙乳液、4g增塑剂丙三醇于200r/min转速下球磨4h；最后加入2g成膜助剂酯磷酸三丁酯和0.2g除泡剂正丁醇放在磁力搅拌器上搅拌2h，得到水基流延浆料，其粘度为45mPa·s；

(2)将水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.5m/min，流延膜厚度为120μm；

(3)将流延成型的膜片在50℃温度下干燥3h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。

本实施例制得的陶瓷膜片表面光滑且不开裂、韧性好。将膜片切割、叠层、热压后放入烧结炉中，以1℃/min的速率升至650℃进行排胶，保温2小时；然后将排好胶的素片以5℃/min的速率升至1130℃保温2小时可烧结，被银、极化、测试。测得织构化压电陶瓷的压电常数d₃₃=367pC/N，机电耦合系数k_p=46.6%。

本发明一种铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料及其陶瓷膜片的制备方法，其组成用量及工艺参数不局限于上述列举的实施例。

Claims (8)

1.一种铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料，其特征在于所述浆料其组成为：陶瓷基料34～65wt%、模板1～20wt%、去离子水20～60wt%、粘结剂1～30wt%、增塑剂1～5wt%、分散剂0.5～3wt%、成膜助剂0.5～2wt%、除泡剂0.05～1wt%；所述陶瓷基料为含1～5wt%烧结助剂的铌酸钾钠基陶瓷粉料；所述模板为片状Nb₂O₅。

2.根据权利要求1所述的铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料，其特征在于所述浆料其组成为：陶瓷基料35～60wt%、模板2～15wt%、去离子水25～50wt%、粘结剂5～25wt%、增塑剂1～5wt%、分散剂0.5～3wt%、成膜助剂0.5～2wt%、除泡剂0.05～1wt%。

3.根据权利要求1或2所述的铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料，其特征在于：所述烧结助剂为Bi₂O₃+CuO+Li₂O+ZnO复合熔块，按质量比[Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO]∶ZnO＝3～9∶5，其中Bi₂O₃∶Li₂O∶CuO＝5～9∶2∶1。

4.根据权利要求1或2所述的铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料，其特征在于：所述铌酸钾钠基陶瓷粉料的结构通式为：

(1-n)(K_0.5Na_0.5)_1-xLi_xNb_0.9Sb_yTa_0.1-yO₃-n(Ba_1-zCa_z)(Ti_1-mZr_m)O₃，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.1,0≤z≤0.5，0≤m≤0.5，0≤n≤0.3。

5.根据权利要求1或2所述的铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料，其特征在于：所述陶瓷基料的粒径为0.01～5μm。

6.根据权利要求1或2所述的铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料，其特征在于：所述片状Nb₂O₅其片状形貌为厚1～4μm、长10～50μm。

7.根据权利要求1或2所述的铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料，其特征在于：所述粘结剂为苯丙乳液，增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或丙三醇，所述分散剂为三乙醇胺或者PVP，所述成膜助剂为二乙二醇丁醚醋酸或酯磷酸三丁酯，所述除泡剂为正丁醇。

8.一种铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延陶瓷膜片的制备方法，其特征在于：采用权利要求1-7之一所述铌酸钾钠基织构化压电陶瓷水基流延浆料，包括以下步骤：

(1)将陶瓷基料加入到含分散剂的去离子水中，球磨5～8h后加入模板继续球磨0.5～2h；然后加入粘结剂、增塑剂球磨3～5h；最后加入成膜助剂和除泡剂搅拌0.5～2h，得到水基流延浆料；

(2)将所述水基流延浆料真空除泡后在流延机上进行流延成型，流延速度为0.1～0.8m/min，流延膜厚度为80～200μm；

(3)将所述流延成型的膜片在25～60℃温度下干燥2～6h，然后脱膜，即得到陶瓷膜片。