CN103274689A - 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法 - Google Patents

铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103274689A
CN103274689A CN2013102370352A CN201310237035A CN103274689A CN 103274689 A CN103274689 A CN 103274689A CN 2013102370352 A CN2013102370352 A CN 2013102370352A CN 201310237035 A CN201310237035 A CN 201310237035A CN 103274689 A CN103274689 A CN 103274689A
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric ceramic
mno
cazro
potassium niobate
based leadless
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.)
Granted
Application number
CN2013102370352A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103274689B (zh
Inventor
王轲
姚方周
李敬锋
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.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua 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 Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201310237035.2A priority Critical patent/CN103274689B/zh
Publication of CN103274689A publication Critical patent/CN103274689A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103274689B publication Critical patent/CN103274689B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明提出了铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。其中，铌酸钾钠基无铅压电陶瓷由下列通式所示的化学组成(ABO3)1-x（CaZrO3）x（MnO2）y，其中，A为选自Na、K和Li的至少之一，B为选自Nb和Ta的至少之一，x表示CaZrO3占铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的原子百分比，y为MnO2占铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的质量百分比，并且0.03≤x≤0.07，0≤y≤0.04。该铌酸钾钠基无铅压电陶瓷具有较高的压电性能，其压电常数d33可以达到280～360pC/N，且其反向压电系数d33*在室温至175摄氏度的温度范围内的波动不超过10%。

Description

铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能陶瓷材料技术领域。具体而言，本发明涉及铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。 
背景技术
压电材料由于具有正、逆压电效应而可实现机械能与电能的相互转换，因此作为一种重要的功能材料被广泛应用于驱动器、传感器等高新技术领域。目前，锆钛酸铅基压电陶瓷因其性能的优越性而成为应用最广泛的压电材料，但是该体系材料中含有大量有毒的铅，在生产、使用及废弃处理过程中均会给人类健康和生态环境带来严重的危害。因此，研发性能优异的无铅压电陶瓷材料成为一项紧迫且具有重大实用意义的课题。 
2004年，日本的Saito等人在Nature杂志上报道了利用织构方法制备的经掺杂改性的铌酸钾钠基压电陶瓷，其压电系数d33达416pC/N，可以与含铅压电陶瓷相媲美。该里程碑式的重大突破掀起了研究铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的热潮，并使得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷被认为是最具潜力替代含铅压电陶瓷的体系之一。目前，大部分关于铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的研究仍专注于通过掺杂改性在室温附近形成多晶型相变区以提高其压电性能。但是，由于多晶型相变区的存在，使得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷压电性能的温度稳定性很差。例如，对LiSbO3掺杂的铌酸钾钠无铅压电陶瓷，其反向压电系数d33*在室温下为355pm/V，而当温度升高至50℃时急剧下降至250pm/V，降幅达30%。压电性能对温度如此强烈的敏感性使铌酸钾钠基无铅压电陶瓷难以实现实用化。因此，提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷压电性能的温度稳定性成为具有重要生产实践意义的问题。 
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。 
在本发明的一个方面，本发明提出了一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。根据本发明的具体实施例，该铌酸钾钠基无铅压电陶瓷具有下列通式所示的化学组成(ABO3)1-x（CaZrO3）x（MnO2）y，其中，A为选自Na、K和Li的至少之一，B为选自Nb和Ta的至少之一，x表示CaZrO3占所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的原子百分比，y为MnO2占所述铌酸钾钠基 无铅压电陶瓷的质量百分比，并且0.03≤x≤0.07，0≤y≤0.04。由此可以进一步提高压电性能的温度稳定性。 
另外，根据本发明上述实施例的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷还可以具有如下附加的技术特征： 
根据本发明的实施例，上述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷具有但不限于下列之一所示的化学组成：(NaKLiNbTaO3)0.97(CaZrO3)0.03(MnO2)0.01；(NaKLiNbTaO3)0.97(CaZrO3)0.03(MnO2)0.02；(NaKLiNbTaO3)0.96(CaZrO3)0.04(MnO2)0.01；(NaKLiNbTaO3)0.96(CaZrO3)0.04(MnO2)0.02；(NaKLiNbTaO3)0.95(CaZrO3)0.05(MnO2)0.01；(NaKLiNbTaO3)0.95(CaZrO3)0.05(MnO2)0.02；(NaKLiNbTaO3)0.95(CaZrO3)0.05(MnO2)0.03；(NaKLiNbTaO3)0.94(CaZrO3)0.06(MnO2)0.02；以及(NaKLiNbTaO3)0.93(CaZrO3)0.07(MnO2)0.01。由此可以进一步提高压电性能的温度稳定性。 
根据本发明的实施例，其具有280～360pC/N的压电常数d33。 
根据本发明的实施例，其反向压电常数d33*在室温至175摄氏度的温度范围内的波动不超过10%。 
在本发明的第二方面，本发明提出了一种制备上述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的方法，该方法包括：将预定比例的原料混合并进行球磨，以得到混合粉料，其中，所述原料包括A的碳酸盐、B的氧化物、CaCO3、ZrO2以及MnO2；将所述混合粉料进行预烧结，以便得到经过预烧结的粉料；将所述经过预烧结的粉料进行二次球磨，以便得到经过二次球磨的粉料；将所述经过二次球磨的粉料进行冷压成型和冷等静压处理，以便得到陶瓷粗坯；将所述陶瓷粗坯进行烧结，以便得到陶瓷粗品；以及将所述陶瓷粗品进行极化处理，以便获得所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。由此利用该方法可以有效制备得到具有上述化学组成的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，并且利用该方法可以进一步提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的压电性能的温度稳定性。 
另外，根据本发明上述实施例的制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的方法还可以具有如下附加的技术特征： 
根据本发明的实施例，所述预球磨和二次球磨是分别独立地在球磨罐中采用无水乙醇作为介质进行球磨12～24小时而进行的，以得到成分均匀且细化的粉体。由此可以进一步提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的综合性能。 
根据本发明的实施例，所述预烧结是在空气中850～950摄氏度的温度下进行的，由此可以使得碳化物和氧化物中的碳元素和部分氧元素烧蚀掉，以便制备得到具有上述化学组成的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，并且利用该方法可以进一步提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的压电性能的温度稳定性。 
根据本发明的实施例，所述冷压成型是在50MPa的压力下进行的，所述冷等静压是在 200MPa的压力下进行的，由此可以进一步提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的温度稳定性。 
根据本发明的实施例，所述二次烧结是在空气中，1060～1140摄氏度的温度下进行的，由此可以进一步提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的温度稳定性。 
根据本发明的实施例，所述极化处理包括：将所述陶瓷粗品置于在90摄氏度的硅油中，并以3～4kV/mm的直流电场强度进行极化处理30分钟，由此可以赋予压电陶瓷以宏观压电性能。 
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。 
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： 
图1是根据本发明的一个实施例的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的X射线衍射图谱； 
图2是根据本发明的一个实施例的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷表面经抛光、热腐蚀后在扫描电子显微镜下的形貌； 
图3是根据本发明的一个实施例的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷在透射电子显微镜下的图像； 
图4是根据本发明的一个实施例的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷在不同温度下单向应变-电场曲线； 
图5是不同成分压电陶瓷的单向应变值（电场强度E=4kV/mm）随温度的变化关系图。 
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 
在本发明的一个方面，本发明提出了一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。根据本发明的具体实施例，该铌酸钾钠基无铅压电陶瓷由下列通式所示的化学组成(ABO3)1-x（CaZrO3）x（MnO2）y，其中，A为选自Na、K和Li的至少之一，B为选自Nb和Ta的至少之一，x表示CaZrO3占所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的原子百分比，y为MnO2占所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的质量百分比，并且0.03≤x≤0.07，0≤y≤0.04。 
因此，本发明的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷由于具有一定含量的CaZrO3，使得铌酸钾钠 基无铅压电陶瓷的压电性能的温度稳定性得到了较大程度的提高，并且，发明人发现，当ABO3与CaZrO3的摩尔数之和为1时，铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的压电性能的温度稳定性均较佳。 
根据本发明的一个实施例，上述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷具有下列之一所示的化学组成：(NaKLiNbTaO3)0.97(CaZrO3)0.03(MnO2)0.01；(NaKLiNbTaO3)0.97(CaZrO3)0.03(MnO2)0.02；(NaKLiNbTaO3)0.96(CaZrO3)0.04(MnO2)0.01；(NaKLiNbTaO3)0.96(CaZrO3)0.04(MnO2)0.02；(NaKLiNbTaO3)0.95(CaZrO3)0.05(MnO2)0.01；(NaKLiNbTaO3)0.95(CaZrO3)0.05(MnO2)0.02；(NaKLiNbTaO3)0.95(CaZrO3)0.05(MnO2)0.03；(NaKLiNbTaO3)0.94(CaZrO3)0.06(MnO2)0.02；以及(NaKLiNbTaO3)0.93(CaZrO3)0.07(MnO2)0.01。由此可以进一步提高压电性能的温度稳定性。根据本发明的具体实施例，CaZrO3的含量显著影响铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的压电性能，CaZrO3的含量过多或者过少均会显著降低铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的温度稳定性同时，含有少量的MnO2会对提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的压电性能具有积极作用，利用当MnO2-的含量占铌酸钾钠基无铅压电陶瓷总质量的0.01～0.0.4时，可以提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的压电性能，这是由于适量MnO2的掺入有利于铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的烧结，以得到致密的压电陶瓷。若不加入MnO2会较难得到烧结致密的压电陶瓷或者添加过多的-MnO2会引入杂相而降低其性能，反而会降低铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的压电性能。 
根据本发明的具体实施例，具有上述化学组成的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷其具有280～360pC/N的压电常数d33，并且其反向压电常数d33*在室温至175摄氏度的温度范围内的波动不超过10%。 
在本发明的第二方面，本发明提出了一种制备上述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的方法，该方法包括：将预定比例的原料混合并进行球磨，以得到混合粉料，其中，原料包括A的碳酸盐、B的氧化物、CaCO3、ZrO2以及MnO2；将混合粉料进行预烧结，以便得到经过预烧结的粉料；将经过预烧结的粉料进行二次球磨，以便得到经过二次球磨的粉料；将经过二次球磨的粉料进行冷压成型和冷等静压处理，以便得到陶瓷粗坯；将陶瓷粗坯进行烧结，以便得到陶瓷粗品；以及将陶瓷粗品进行极化处理，以便获得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。由此利用该方法可以有效制备得到具有上述化学组成的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，并且利用该方法可以进一步提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的压电性能的温度稳定性。 
根据本发明的一个实施例，原料中A的碳酸盐可以为Li2CO3、Na2CO3或者K2CO3，的至少一种；B的氧化物可以为Nb2O5和Ta2O5的至少一种。根据本发明的具体实施例，上述原料可以按照Li2CO3：Na2CO3：K2CO3：Nb2O5：Ta2O5：CaCO3：ZrO2：MnO2为0.0687-0.0717g：2.4149-2.5188g：3.1491-3.2846g：9.8880-10.3133g：4.1096-4.2863g：0.3003-0.7006g：0.3696-0.8625g：0-0.8650g的比例进行配料制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷， 由此可以制备得到具有上述化学组成的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，并且采用该配比可以进一步提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的压电性能的温度稳定性。 
根据本发明的实施例，所述预球磨和二次球磨是分别独立地在球磨罐中采用无水乙醇作为介质进行球磨12～24小时而进行的，以得到成分均匀且细化的粉体。由此可以进一步提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的综合性能。 
根据本发明的实施例，所述预烧结是在空气中850～950摄氏度的温度下进行的，由此可以使得碳化物和氧化物中的碳元素和部分氧元素烧蚀掉，以便制备得到具有上述化学组成的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，并且利用该方法可以进一步提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的压电性能的温度稳定性。 
根据本发明的实施例，所述冷压成型是在50MPa的压力下进行的，所述冷等静压是在200MPa的压力下进行的，由此可以进一步提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的温度稳定性。 
根据本发明的实施例，所述二次烧结是在空气中，1060～1140摄氏度的温度下进行的，由此可以进一步提高铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的温度稳定性。 
根据本发明的实施例，所述极化处理包括：将所述陶瓷粗品置于在90摄氏度的硅油中，并以3～4V/cm的直流电场强度进行极化处理30分钟，由此可以赋予压电陶瓷以宏观压电性能。 
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。 
一般方法 
原料：称取预定比例分析纯的Li2CO3，Na2CO3，K2CO3，Nb2O5，Ta2O5，CaCO3、ZrO2和MnO2。 
制备方法： 
1、将上述配好的原料加入到以无水乙醇为介质的球磨罐中，球磨12～24h，烘干后得到混合粉料； 
2、将混合粉料在空气中以850-950摄氏度的温度预烧4h； 
3、将经过预烧后的粉料再次球磨12～24h并烘干； 
4、将经过二次球磨后的预烧合成粉在50MPa下冷压成型为直径10mm、厚度1.5mm的圆片，然后在200MPa下冷等静压； 
5、将冷等静压后的圆片在空气中1060℃-1140℃烧结2h； 
6、将烧结后的陶瓷片上银电极，在80摄氏度的硅油中，电场强度为3-4kV/mm的直 流电场下极化30min。 
由此制备得到具有通式为(ABO3)1-x（CaZrO3）x（MnO2）y的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其中，0.03≤x≤0.07，0≤y≤0.04；其中x为CaZrO3的占原料总量的原子百分比，y为MnO2占原料总量的质量百分比。 
实施例1 
原料：0.0717g的Li2CO3，2.5188g Na2CO3，3.2846g K2CO3，10.3133g Nb2O5，4.2863g Ta2O5，0.3003g CaCO3、0.3696g ZrO2和0.2158g MnO2。 
制备方法：依照“一般方法”中的步骤制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
由此，制备得到具有通式为(NaKLiNbTaO3)0.97(CaZrO3)0.03(MnO2)0.01的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
实施例2 
原料：0.0709g的Li2CO3，2.4928g Na2CO3，3.2507g K2CO3，10.2070g Nb2O5，4.2421g Ta2O5，0.4004g CaCO3、0.4929g ZrO2和0.2159g MnO2。 
制备方法：依照“一般方法”中的步骤制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
由此，制备得到具有通式为(NaKLiNbTaO3)0.96(CaZrO3)0.04(MnO2)0.01的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
实施例3 
原料：0.0702g的Li2CO3，2.4669g Na2CO3，3.2168g K2CO3，10.1007g Nb2O5，4.1979g Ta2O5，0.5004g CaCO3、0.6161g ZrO2和0.2160g MnO2。 
制备方法：依照“一般方法”中的步骤制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
由此，制备得到具有通式为(NaKLiNbTaO3)0.95(CaZrO3)0.05(MnO2)0.01的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
实施例4 
原料：0.0702g的Li2CO3，2.4669g Na2CO3，3.2168g K2CO3，10.1007g Nb2O5，4.1979g Ta2O5，0.5004g CaCO3、0.6161g ZrO2和0.4320g MnO2。 
制备方法：依照“一般方法”中的步骤制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
由此，制备得到具有通式为(NaKLiNbTaO3)0.95(CaZrO3)0.05(MnO2)0.02的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
实施例5 
原料：0.0702g的Li2CO3，2.4669g Na2CO3，3.2168g K2CO3，10.1007g Nb2O5，4.1979g Ta2O5，0.5004g CaCO3、0.6161g ZrO2和-0.6480g MnO2。 
制备方法：依照“一般方法”中的步骤制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
由此，制备得到具有通式为(NaKLiNbTaO3)0.95(CaZrO3)0.05(MnO2)0.03的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
实施例6 
原料：0.0694g的Li2CO3,2.4409g Na2CO3，3.1830g K2CO3，9.9944g Nb2O5，4.1538g Ta2O5，0.6005g CaCO3、0.73931g ZrO2和0.4323g MnO2。 
制备方法：依照“一般方法”中的步骤制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
由此，制备得到具有通式为(NaKLiNbTaO3)0.94(CaZrO3)0.06(MnO2)0.02的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
实施例7 
原料：0.0687g的Li2CO3，2.4149g Na2CO3，3.1491g K2CO3，9.8880g Nb2O5，4.1096g Ta2O5，0.7006g CaCO3、0.8625g ZrO2和0.2126g MnO2。 
制备方法：依照“一般方法”中的步骤制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
由此，制备得到具有通式为(NaKLiNbTaO3)0.93(CaZrO3)0.07(MnO2)0.01的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
对比例1（x=0；y=0） 
原料：0.0739g的Li2CO3，2.5967g Na2CO3，3.3861g K2CO3，10.6323g Nb2O5，4.4189g Ta2O5。 
制备方法：依照“一般方法”中的步骤制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
由此，制备得到具有通式为(NaKLiNbTaO3)0.93(CaZrO3)0.07(MnO2)0.01的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
对比例2（x=0；y=0.02） 
原料：0.0739g的Li2CO3，2.5967g Na2CO3，3.3861g K2CO3，10.6323g Nb2O5，4.4189g Ta2O5和0.4308g MnO2。 
制备方法：依照“一般方法”中的步骤制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
由此，制备得到具有通式为(NaKLiNbTaO3)0.93(CaZrO3)0.07(MnO2)0.01的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
对比例3（x=0.05；y=0） 
原料：0.0702g的Li2CO3，2.4669g Na2CO3，3.2168g K2CO3，10.1007g Nb2O5，4.1979g Ta2O5，0.5004g CaCO3、0.6161g ZrO2。 
制备方法：依照“一般方法”中的步骤制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
由此，制备得到具有通式为(NaKLiNbTaO3)0.93(CaZrO3)0.07(MnO2)0.01的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
对比例4（x=0.08；y=0.02） 
原料：0.0680g的Li2CO3，2.3889g Na2CO3，3.1152g K2CO3，9.7817g Nb2O5，4.0654g Ta2O5，0.8007g CaCO3、0.9857g ZrO2和0.2164g MnO2。 
制备方法：依照“一般方法”中的步骤制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
由此，制备得到具有通式为(NaKLiNbTaO3)0.93(CaZrO3)0.07(MnO2)0.01的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。 
评价指标 
分别对实施例1-7以及对比例1-3制备的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的压电常数d33、反向压电系数d33*、机电耦合因数kP、相对介电常数ε33/ε0、以及居里温度TC进行测定。 
测定方法： 
压电常数d33：准静态压电系数测试仪（ZJ-3A，中国科学院声学所） 
机电耦合因数kP及相对介电常数ε33/ε0：阻抗分析仪（HP4194A,Palo Alto,CA） 
反向压电系数d33*：铁电测试系统TF1000（(aixACC TF Analyzer1000) 
居里温度TC：阻抗分析仪（HP4192A,Palo Alto,CA） 
测定结果见表1。 
表1 
样品 d33(pC/N) kP ε33/ε0 TC(℃)
实施例1：x=0.03；y=0.01 230 0.42 1350 245
实施例2：x=0.04；y=0.01 300 0.44 1544 220
实施例3：x=0.05；y=0.01 325 0.45 1753 200
实施例4：x=0.05；y=0.02 360 0.47 1875 200
实施例5：x=0.05；y=0.03 320 0.43 1700 205
实施例6：x=0.06；y=0.02 280 0.40 1530 150
实施例7：x=0.07；y=0.01 220 0.40 1300 145
对比例1：x=0；y=0 160 0.38 1035 320
对比例2：x=0；y=0.02 170 0.40 1050 320
对比例3：x=0.05；y=0 260 0.42 1500 200
对比例4：x=0.08；y=0.02 90 0.30 2080 145
结论：当0.03≤x≤0.07，0≤y≤0.04，通式为(NaKLiNbTaO3)0.93(CaZrO3)0.07(MnO2)0.01的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷具有优异的压电性能，其压电常数d33可以达到220～360pC/N，机电耦合因数kp为0.40-0.47。更为关键的是该体系无铅压电陶瓷的压电性能具有优异的温度稳 定性，其反向压电系数d33*在室温至175摄氏度的温度范围内的波动不超过10%。 
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。 

Claims (10)

1.一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其具有下列通式所示的化学组成
(ABO3)1-x（CaZrO3）x（MnO2）y，
其中，
A为选自Na、K和Li的至少之一，
B为选自Nb和Ta的至少之一，
x表示CaZrO3占所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的原子百分比，y为MnO2占所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的质量百分比，并且0.03≤x≤0.07，0≤y≤0.04。
2.根据权利要求1所述的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其特征在于，具有下列之一所示的化学组成：
(NaKLiNbTaO3)0.97(CaZrO3)0.03(MnO2)0.01；
(NaKLiNbTaO3)0.97(CaZrO3)0.03(MnO2)0.02；
(NaKLiNbTaO3)0.96(CaZrO3)0.04(MnO2)0.01；
(NaKLiNbTaO3)0.96(CaZrO3)0.04(MnO2)0.02；
(NaKLiNbTaO3)0.95(CaZrO3)0.05(MnO2)0.01；
(NaKLiNbTaO3)0.95(CaZrO3)0.05(MnO2)0.02；
(NaKLiNbTaO3)0.95(CaZrO3)0.05(MnO2)0.03；
(NaKLiNbTaO3)0.94(CaZrO3)0.06(MnO2)0.02；以及
(NaKLiNbTaO3)0.93(CaZrO3)0.07(MnO2)0.01。
3.根据权利要求1所述的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其特征在于，其具有280～360pC/N的压电常数d33。
4.根据权利要求1所述的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其特征在于，其反向压电常数d33*在室温至175摄氏度的温度范围内的波动不超过10%。
5.一种制备权利要求1～4任一项所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的方法，其特征在于，将预定比例的原料混合并进行球磨，以得到混合粉料，其中，所述原料包括A的碳酸盐、B的氧化物、CaCO3、ZrO2以及MnO2；
将所述混合粉料进行预烧结，以便得到经过预烧结的粉料；
将所述经过预烧结的粉料进行二次球磨，以便得到经过二次球磨的粉料；
将所述经过二次球磨的粉料进行冷压成型和冷等静压处理，以便得到陶瓷粗坯；
将所述陶瓷粗坯进行烧结，以便得到陶瓷粗品；以及
将所述陶瓷粗品进行极化处理，以便获得所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预球磨和二次球磨是分别独立地在球磨罐中采用无水乙醇作为介质进行球磨12～24小时而进行的。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预烧结是在空气中850～950摄氏度的温度下进行的。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述冷压成型是在50MPa的压力下进行的，所述冷等静压是在200MPa的压力下进行的。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述烧结是在空气中，1060～1140摄氏度的温度下进行的。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述极化处理包括：
将所述陶瓷粗品置于在90摄氏度的硅油中，并以3～4kV/mm的直流电场强度进行极化处理30分钟。
CN201310237035.2A 2013-06-14 2013-06-14 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法 Active CN103274689B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310237035.2A CN103274689B (zh) 2013-06-14 2013-06-14 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310237035.2A CN103274689B (zh) 2013-06-14 2013-06-14 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103274689A true CN103274689A (zh) 2013-09-04
CN103274689B CN103274689B (zh) 2014-11-26

Family

ID=49057349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310237035.2A Active CN103274689B (zh) 2013-06-14 2013-06-14 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103274689B (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104987068A (zh) * 2015-05-22 2015-10-21 桂林理工大学 一种纳米晶铌酸盐高温无铅电容器材料及制备方法
CN105272244A (zh) * 2015-10-23 2016-01-27 清华大学 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN105837210A (zh) * 2016-03-23 2016-08-10 四川大学 铌锑酸钾钠系无铅压电陶瓷及其制备方法
CN106478149A (zh) * 2016-09-12 2017-03-08 华南理工大学 一种具有抗菌性能的压电材料及其制备方法与应用
CN106521627A (zh) * 2016-11-10 2017-03-22 桂林电子科技大学 一种铌酸钾钠基压电单晶及其制备方法
CN110631158A (zh) * 2019-09-16 2019-12-31 桐乡清锋科技有限公司 采用无铅压电陶瓷技术的可充电吸管式加湿器
CN110759732A (zh) * 2019-11-15 2020-02-07 济南大学 一种选择合适铌酸钾钠基压电陶瓷烧结气氛的方法及陶瓷制备工艺
CN111072385A (zh) * 2019-12-19 2020-04-28 内蒙金属材料研究所 一种锆酸钙和钽掺杂的铌酸钾钠基压电陶瓷、其制备方法及应用
CN114368968A (zh) * 2021-12-22 2022-04-19 佛山(华南)新材料研究院 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN114835489A (zh) * 2022-05-11 2022-08-02 国网智能电网研究院有限公司 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN115403378A (zh) * 2022-09-06 2022-11-29 国网智能电网研究院有限公司 一种无铅压电涂层及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101115694A (zh) * 2005-04-28 2008-01-30 株式会社村田制作所 压电陶瓷组合物及该压电陶瓷组合物的制造方法以及压电陶瓷电子部件
CN102515760A (zh) * 2011-11-24 2012-06-27 景德镇陶瓷学院 一种高性能铌酸钾钠基无铅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
CN101115694A (zh) * 2005-04-28 2008-01-30 株式会社村田制作所 压电陶瓷组合物及该压电陶瓷组合物的制造方法以及压电陶瓷电子部件
CN102515760A (zh) * 2011-11-24 2012-06-27 景德镇陶瓷学院 一种高性能铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104987068A (zh) * 2015-05-22 2015-10-21 桂林理工大学 一种纳米晶铌酸盐高温无铅电容器材料及制备方法
CN105272244A (zh) * 2015-10-23 2016-01-27 清华大学 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN105837210B (zh) * 2016-03-23 2019-03-19 四川大学 铌锑酸钾钠系无铅压电陶瓷及其制备方法
CN105837210A (zh) * 2016-03-23 2016-08-10 四川大学 铌锑酸钾钠系无铅压电陶瓷及其制备方法
CN106478149A (zh) * 2016-09-12 2017-03-08 华南理工大学 一种具有抗菌性能的压电材料及其制备方法与应用
CN106521627B (zh) * 2016-11-10 2019-01-08 桂林电子科技大学 一种铌酸钾钠基压电单晶及其制备方法
CN106521627A (zh) * 2016-11-10 2017-03-22 桂林电子科技大学 一种铌酸钾钠基压电单晶及其制备方法
CN110631158A (zh) * 2019-09-16 2019-12-31 桐乡清锋科技有限公司 采用无铅压电陶瓷技术的可充电吸管式加湿器
CN110759732A (zh) * 2019-11-15 2020-02-07 济南大学 一种选择合适铌酸钾钠基压电陶瓷烧结气氛的方法及陶瓷制备工艺
CN111072385A (zh) * 2019-12-19 2020-04-28 内蒙金属材料研究所 一种锆酸钙和钽掺杂的铌酸钾钠基压电陶瓷、其制备方法及应用
CN114368968A (zh) * 2021-12-22 2022-04-19 佛山(华南)新材料研究院 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN114835489A (zh) * 2022-05-11 2022-08-02 国网智能电网研究院有限公司 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN115403378A (zh) * 2022-09-06 2022-11-29 国网智能电网研究院有限公司 一种无铅压电涂层及其制备方法
CN115403378B (zh) * 2022-09-06 2023-06-27 国网智能电网研究院有限公司 一种无铅压电涂层及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103274689B (zh) 2014-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103274689B (zh) 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
Wang et al. Electromechanical properties of calcium bismuth niobate (CaBi2Nb2O9) ceramics at elevated temperature
CN105198417B (zh) 一种锆酸铋钠锂铈掺杂铌酸钾钠基陶瓷材料的制备方法
Chen et al. Enhanced piezoelectric properties and thermal stability in Mo/Cr co-doped CaBi2Nb2O9 high-temperature piezoelectric ceramics
JP2007031219A (ja) チタン酸ビスマスナトリウム−ジルコニウムチタン酸バリウム系無鉛圧電セラミック及びその製造方法
KR100790407B1 (ko) 무연 압전 세라믹스 조성물 및 그의 제조방법
CN109626988B (zh) 高压电响应和高居里温度的压电陶瓷材料及其制备方法
Wang et al. Thermal stabilities of electromechanical properties in cobalt-modified strontium bismuth titanate (SrBi4Ti4O15)
CN102167585B (zh) 一种多元素掺杂钛酸铋基无铅压电陶瓷材料及其制备方法
Pan et al. High piezoelectric performance in a new Bi-based perovskite of (1− x) Bi (Ni1/2Hf1/2) O3− xPbTiO3
CN100424037C (zh) 钽取代的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法
CN106554202A (zh) 一种铋层状结构钛酸铋钠高温压电陶瓷材料及其制备方法
CN105837200A (zh) 一种锰掺杂钛铌酸铋钙锂铈基陶瓷材料及其制备方法
CN101786880B (zh) 一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷及其制备方法
CN102503409A (zh) 一种锡钛酸钡钙无铅压电陶瓷及其制备工艺
Wei et al. Improvement of the piezoelectric and ferroelectric properties of (K, Na) 0.5 NbO3 ceramics via two-step calcination–milling route
CN106518071B (zh) 一种高居里温度，高温度稳定性的压电陶瓷材料及其制备方法和应用
KR102380196B1 (ko) 우수한 물성을 가지는 비스무스 페라이트-티탄산 바륨계 친환경 무연 압전 세라믹스 및 그 제조방법
CN108409321B (zh) 一种掺杂LaMnO3的钛酸铋铁高温压电陶瓷及其制备方法
KR102385814B1 (ko) 우수한 기계적 품질 계수 및 높은 상전이 온도를 가지는 무연 압전 세라믹스 및 그 제조방법
KR20100127067A (ko) 압전 재료 및 그 제조 방법
CN102584227A (zh) 稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷
KR20110043339A (ko) 저온 소성용 무연 압전세라믹 조성물 및 제조방법
CN113999009B (zh) 一种铌酸铋钙基压电陶瓷及其制备方法和应用
CN106554203B (zh) 一种铋层状结构铌酸铋钙高温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
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant