CN103420673B - 铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷及其制备方法 - Google Patents
铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103420673B CN103420673B CN201310337876.0A CN201310337876A CN103420673B CN 103420673 B CN103420673 B CN 103420673B CN 201310337876 A CN201310337876 A CN 201310337876A CN 103420673 B CN103420673 B CN 103420673B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- strontium
- potassium niobate
- powder
- needle
- strontium potassium
- 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.)
- Active
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
一种铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷及其制备方法。所述铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷以针状铌酸锶钾微晶粉体、助烧剂、有机溶剂和粘结剂为原料，采用熔盐法合成针状微晶粉体陶瓷铌酸锶钾，将铌酸锶钾此粉体同助烧剂、有机溶剂和粘结剂混合，获得具有一定粘度的浆料，浆料经流延工艺制备成为膜片，膜片通过叠压和热水等静压以及切割工艺获得素坯样片，经排胶后烧结，最终制得铌酸锶钾无铅铁电致密织构陶瓷。本发明工艺简单，配方偏差小，产品的重现性和稳定性好，并可利用现有的片式电子元件生产设备，易于产业化。
Description
技术领域
本发明涉及材料学科的无铅铁电陶瓷领域，具体是铌酸锶钾无铅压电织构陶瓷及其制备方法。
背景技术
铁电材料是一类重要的功能材料，它具有介电性、压电性、热释电性、铁电性以及电光效应、声光效应、光折变效应和非线性光学效应等重要特性，可用于制作铁电存储器、热释电红外探测器、空间光调制器、光波导、介质移相器、压控滤波器等重要的新型元器件。随着世界各国对环境保护的重视，势必采用无铅铁电材料来替代传统的含铅陶瓷材料，以减少环境污染，因此研究和开发无铅铁电陶瓷是一项迫切的、具有重大社会和经济价值的课题。
铌酸锶钾（KSr2Nb5O15）属于四方钨青铜结构，具有自发极化强度较大、介电常数较低等特点，其微观结构对它的铁电性能有重要影响。若将形貌各向异性高的针状铌酸锶钾微晶粉体加入陶瓷中，则可以诱导陶瓷晶粒的择优取向生长形成织构陶瓷，其饱和极化强度与铌酸锶钾单晶相当，Psat=0.25C/m2（C.Duran.Processing andferroelectric behavior of textured KSr2Nb5O15ceramics[J].Journal of Materials Science,2006,41:7620-7627）。根据其实验结果发现，由于过量五氧化二铌的添加，在高温时产生液相，导致晶粒非常粗大，尽管陶瓷的织构度很高，但是其致密程度很低。日本学者Tanaka利用旋转磁场成功制备了铌酸锶钾织构陶瓷，但是其相对密度仅为83%（S.Tanaka,A.Makiya,T.Okada et al.C-axis orientation of KSr2Nb5O15using a rotatingmagnetic field[J].Journal of the American Ceramic Society,2007,90,3503-3506）。可见，利用传统固相法合成的粉体作原料是很难获得致密的铌酸锶钾陶瓷。而低密度必然影响织构陶瓷的性能，因此利用其它原料合成手段，并且通过优化烧结工艺参数去获得铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷是所期望的。
发明内容
为解决现有铁电陶瓷因含铅而给环境造成污染，以及提高无铅铁电织构陶瓷密度等问题，本发明提出了一种铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷及其制备方法。
本发明所述的铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷以针状铌酸锶钾微晶粉体、助烧剂、有机溶剂和粘结剂为原料。针状铌酸锶钾微晶粉体是以碳酸锶、五氧化二铌和氯化钾为原料，通过熔盐法制备而成，其中碳酸锶与五氧化二铌的摩尔比为1:1.25，氯化钾为碳酸锶和五氧化二铌混合物重量的1.5倍。助烧剂采用三氧化二铋，为针状铌酸锶钾微晶粉体的重量的4～8%；有机溶剂由重量比为2:1的甲苯和酒精配制而成，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的50～60％，粘结剂为陶瓷粉体粘结剂，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的30～45％。
本发明还提出了一种所述铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷的制备方法，具体过程是：
步骤1：制备铌酸锶钾微晶粉体。所述制备铌酸锶钾微晶粉体的具体过程是：
a．将分析纯的碳酸锶、五氧化二铌粉末混合后，加入氯化钾粉末，得到铌酸锶钾微晶的原料混合物。
b．将铌酸锶钾微晶的原料混合物置于聚乙烯球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机上球磨12h，得到铌酸锶钾微晶湿料；所述无水乙醇与铌酸锶钾微晶的原料混合物的重量比为1.5:1。将球磨后的铌酸锶钾微晶湿料置于烘箱内，在50℃下烘干。将烘干的粉料研磨。将研磨后的粉料置于刚玉坩埚中，以5℃/min的升温速率升温至1150℃，并保温6h，对研磨后的粉料进行煅烧。煅烧后随炉冷却至室温，得到煅烧后的粉料。
c．煅烧后的粉料在100℃的蒸馏水中反复洗涤并过滤，直至在滤液中检测不出Cl-。在60℃下烘干洗涤后的粉料，得到针状铌酸锶钾微晶粉体。
步骤2：制备铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷。所述制备铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷的具体过程是：
a．将针状铌酸锶钾微晶粉体、助烧剂、粘结剂和有机溶剂按重量配比并混合均匀，球磨24小时后，得到浆料。所述的助烧剂采用三氧化二铋，为针状铌酸锶钾微晶粉体的重量的4～8%；所述的有机溶剂由重量比为2:1的甲苯和酒精配成，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的50～60％；粘结剂为陶瓷粉体粘结剂，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的30～45％。
b．过滤后的浆料通过流延机采用常规方法进行流延，得到膜片。流延工艺参数为：刮刀高度为20～30μm，流延机三个烘干区的温度分别为：50～65℃、70～80℃和60～75℃。
c．将得到的膜片在室温条件下放置24小时后，通过叠压机进行叠压。叠压机参数为上压台温度40～50℃，下压台温度为40～50℃，压力为1100～1500PSI；
d．对叠压后的膜片在压力机中进行等静压。等静压的最大压力为4000～7000PSI，时间为3000～4000秒，水温为60～70℃；
e．等静压后的膜片经切割机切割成所需尺寸的素坯样片。排胶时，将所述素坯样片从室温在6h升温至200℃，并保温2h。当保温结束后继续在10h升温至500℃。当素坯样片的温度达到500℃后，在8h20min内将所述素坯样片升温至600℃，并保温4h。保温结束后，经过10h的降温，使所述素坯样片的温度达到20℃，得到排胶后的样片。
f．将排胶后的样片置于马弗炉内，在1200～1300℃条件下预烧2～4h。预烧后以2℃/min降温至500℃，然后随炉温冷却到室温。当所述排胶后的样片冷却到室温后，以5℃/min的升温速率将马弗炉升温至1350℃，对所述排胶后的样片烧结2～6h，得到烧结后的样片。
g．烧结后的样片经打磨，抛光后进行密度、微观结构以及织构度测试。
本发明制得的铌酸锶钾无铅织构陶瓷XRD图谱如图1所示，垂直流延方向几乎只有（001）和（002）峰，通过计算得到陶瓷的织构度为91%；图2为1mm厚的陶瓷样片数码照片，从图可以看出制备的陶瓷透明度较高，通过计算得到陶瓷的相对密度达到96%；铌酸锶钾织构陶瓷的微观形貌如图3和4所示，在平行流延方向上晶粒为条状形貌呈“砖墙式”排列，在垂直流延方向上晶粒为等轴状并且尺寸大小非常均匀。由此可见，通过以上步骤制备了具有高密度、高织构度，并且晶粒尺寸分布均匀的铌酸锶钾无铅织构陶瓷。
本发明提出的铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷以及制备方法是采用熔盐法合成的针状铌酸锶钾微晶粉体为原料，添加少量三氧化二铋助烧剂，通过二步烧结技术获得的，以替代传统的含铅系铁电陶瓷。由于针状的微晶粉体表面能远大于织构陶瓷的晶界能，经预烧后晶界能取代了表面能使得陶瓷的微观形貌形成了拓扑网状结构。通过二步烧结技术，拓扑网状结构使得陶瓷提前进入烧结后期，成功抑制了晶粒的异常生长发生。本发明步骤简便，配方偏差小，以及产品的重现性和稳定性好，易于产业化。此外，可以利用工厂现有的片式电子元件生产设备，无须另外购置新的设备便可完成无铅铁电织构陶瓷的制备。
本发明采用了熔盐法合成制备织构陶瓷的铌酸锶钾原料，熔盐法所得到的铌酸锶钾为针状微晶粉体，将此粉体同助烧剂、有机溶剂和粘结剂混合，获得具有一定粘度的浆料，浆料经流延工艺制备出厚度为20～30μm的膜片，膜片通过叠压和热水等静压以及切割工艺获得素坯样片，经排胶后烧结，最终制得铌酸锶钾无铅铁电致密织构陶瓷。
附图说明
图1是铌酸锶钾织构的XRD图。
图2是铌酸锶钾织构陶瓷试样的照片。
图3是铌酸锶钾织构陶瓷平行流延方向的SEM形貌。
图4是铌酸锶钾织构陶瓷垂直流延方向的SEM形貌。
图5是本发明的流程图。
具体实施方式
实施例一
本实施例是一种铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷，呈定向排布的晶粒全部由针状的铌酸锶钾微晶演化而来。原始粉料为针状铌酸锶钾微晶粉体、助烧剂、有机溶剂和粘结剂，其中：
针状铌酸锶钾微晶粉体是以碳酸锶、五氧化二铌和氯化钾为原料，通过熔盐法制备而成，
其中碳酸锶与五氧化二铌的摩尔比为1:1.25，氯化钾为碳酸锶和五氧化二铌混合物重量的1.5倍。助烧剂是三氧化二铋，为针状铌酸锶钾微晶粉体的重量的4%；有机溶剂由重量比为2:1的甲苯和酒精配成，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的50％，粘结剂采用福州生产的F518N陶瓷粉体粘结剂，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的30％。
本实施例还提出了一种所述铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷的制备方法，其具体过程是：
步骤1：制备铌酸锶钾微晶粉体。所述制备铌酸锶钾微晶粉体的具体过程是：
a．将分析纯的碳酸锶、五氧化二铌粉末混合后，加入氯化钾粉末，得到铌酸锶钾微晶的原料混合物。
b．将铌酸锶钾微晶的原料混合物置于聚乙烯球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机上球磨12h；所述无水乙醇与置于聚乙烯球磨罐中原料混合物的重量比为1.5:1。将球磨后的湿料置于烘箱内，在50℃下烘干，然后在玛瑙研钵中将烘干的粉料研细，直到没有成块的粉料为止。将研磨后的粉料置于刚玉坩埚中，以5℃/min的升温速率升温至1150℃，并保温6h，对研磨后的粉料进行煅烧。煅烧后随炉冷却至室温，得到煅烧后的粉料。
c．煅烧后的粉料在100℃的蒸馏水中反复洗涤并过滤，直至在滤液中检测不出Cl-。在60℃下烘干洗涤后的粉料，得到针状铌酸锶钾微晶粉体。
步骤2：制备铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷。所述制备铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷的具体过程是：
a．将针状铌酸锶钾微晶粉体、助烧剂、粘结剂和有机溶剂按重量配比并混合均匀，球磨24小时后，得到浆料。所述的助烧剂采用三氧化二铋，为针状铌酸锶钾微晶粉体的重量的4%；所述的有机溶剂由重量比为2:1的甲苯和酒精配成，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的50％；所述的粘结剂采用福州生产的F518N陶瓷粉体粘结剂，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的30％。
b．浆料于200目滤网过滤后通过流延机进行流延。过滤后的浆料从料斗流下，被刮刀以刮压涂敷在基带上，经流延机的三个烘干区干燥、固化后从基带上剥离成为生坯带的薄膜。将薄膜切割成长20cm，宽10cm的膜片。流延工艺参数为：刮刀高度为20μm，流延机三个烘干区的温度分别为：50℃、70℃和60℃。
c．将切割好的膜片在室温条件下放置24小时后，通过叠压机进行叠压。叠压机参数为上压台温度40℃，下压台温度为40℃，压力为1500PSI；
d．对叠压后的膜片在压力机中进行等静压。等静压的最大压力为4000PSI，时间为4000秒，水温为60℃；
e．等静压后的膜片经切割机切割成所需尺寸的素坯样片，在600℃条件下进行排胶。排胶时，将所述素坯样片从室温在6h升温至200℃，并保温2h。当保温结束后继续在10h升温至500℃。当素坯样片的温度达到500℃后，在8h20min内将所述素坯样片升温至600℃，并保温4h。保温结束后，经过10h的降温，使所述素坯样片的温度达到20℃，得到排胶后的样片。
f．将排胶后的样片置于马弗炉内，在1250℃条件下预烧2h，以2℃/min先降到500℃，然后随炉温冷却到室温。当所述排胶后的样片冷却到室温后，再以5℃/min的升温速率将马弗炉升温至1350℃，对所述排胶后的样片烧结2h，得到烧结后的样片
g．烧结后的样片经打磨，抛光后进行密度、微观结构以及织构度测试。如图1，2，3和4所示。
实施例二：
本实施例是一种铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷，呈定向排布的晶粒全部由针状的铌酸锶钾微晶演化而来。原始粉料为针状铌酸锶钾微晶粉体、助烧剂、有机溶剂和粘结剂，其中：
针状铌酸锶钾微晶粉体是以碳酸锶、五氧化二铌和氯化钾为原料，通过熔盐法制备而成，其中碳酸锶与五氧化二铌的摩尔比为1:1.25，氯化钾为碳酸锶和五氧化二铌混合物重量的1.5倍。助烧剂是三氧化二铋，为针状铌酸锶钾微晶粉体的重量的6%；有机溶剂由重量比为2:1的甲苯和酒精配成，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的60％，粘结剂采用福州生产的F518N陶瓷粉体粘结剂，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的40％。
本实施例还提出了一种所述铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷的制备方法，其具体过程是：
步骤1：制备铌酸锶钾微晶粉体。所述制备铌酸锶钾微晶粉体的具体过程是：
a．将分析纯的碳酸锶、五氧化二铌粉末混合后，加入氯化钾粉末，得到铌酸锶钾微晶的原料混合物。
b．将铌酸锶钾微晶的原料混合物置于聚乙烯球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机上球磨12h；所述无水乙醇与置于聚乙烯球磨罐中原料混合物的重量比为1.5:1。将球磨后的湿料置于烘箱内，在50℃下烘干，然后在玛瑙研钵中将烘干的粉料研细，直到没有成块的粉料为止。将研磨后的粉料置于刚玉坩埚中，以5℃/min的升温速率升温至1150℃，并保温6h，对研磨后的粉料进行煅烧。煅烧后随炉冷却至室温，得到煅烧后的粉料。
c．煅烧后的粉料在100℃的蒸馏水中反复洗涤并过滤，直至在滤液中检测不出Cl-。在60℃下烘干洗涤后的粉料，得到针状铌酸锶钾微晶粉体。
步骤2：制备铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷。所述制备铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷的具体过程是：
a．将针状铌酸锶钾微晶粉体、助烧剂、粘结剂和有机溶剂按重量配比并混合均匀，球磨24小时后，得到浆料。所述的助烧剂采用三氧化二铋，为针状铌酸锶钾微晶粉体的重量的4%；所述的有机溶剂由重量比为2:1的甲苯和酒精配成，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的50％；所述的粘结剂采用福州生产的F518N陶瓷粉体粘结剂，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的30％。
b．浆料于200目滤网过滤后通过流延机进行流延。过滤后的浆料从料斗流下，被刮刀以刮压涂敷在基带上，经流延机的三个烘干区干燥、固化后从基带上剥离成为生坯带的薄膜。将薄膜切割成长20cm，宽10cm的膜片。流延工艺参数为：刮刀高度为20μm，流延机三个烘干区的温度分别为：60℃、75℃和60℃。
c．将切割好的膜片在室温条件下放置24小时后，通过叠压机进行叠压。叠压机参数为上压台温度45℃，下压台温度为45℃，压力为1300PSI；
d．对叠压后的膜片在压力机中进行等静压。等静压的最大压力为6000PSI，时间为3500秒，水温为70℃；
e．等静压后的膜片经切割机切割成所需尺寸的素坯样片，在600℃条件下进行排胶。排胶时，将所述素坯样片从室温在6h升温至200℃，并保温2h。当保温结束后继续在10h升温至500℃。当素坯样片的温度达到500℃后，在8h20min内将所述素坯样片升温至600℃，并保温4h。保温结束后，经过10h的降温，使所述素坯样片的温度达到20℃，得到排胶后的样片。
f．将排胶后的样片置于马弗炉内，在1200℃条件下预烧4h，以2℃/min先降到500℃，然后随炉温冷却到室温。当所述排胶后的样片冷却到室温后，再以5℃/min的升温速率将马弗炉升温至1350℃，对所述排胶后的样片烧结4h，得到烧结后的样片
g．烧结后的样片经打磨，抛光后进行密度、微观结构以及织构度测试。
实施例三：
本实施例是一种铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷，呈定向排布的晶粒全部由针状的铌酸锶钾微晶演化而来。原始粉料为针状铌酸锶钾微晶粉体、助烧剂、有机溶剂和粘结剂，其中：
针状铌酸锶钾微晶粉体是以碳酸锶、五氧化二铌和氯化钾为原料，通过熔盐法制备而成，其中碳酸锶与五氧化二铌的摩尔比为1:1.25，氯化钾为碳酸锶和五氧化二铌混合物重量的1.5倍。助烧剂是三氧化二铋，为针状铌酸锶钾微晶粉体的重量的2%；有机溶剂由重量比为2:1的甲苯和酒精配成，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的60％，粘结剂采用福州生产的F518N陶瓷粉体粘结剂，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的45％。
本实施例还提出了一种所述铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷的制备方法，其具体过程是：
步骤1：制备铌酸锶钾微晶粉体。所述制备铌酸锶钾微晶粉体的具体过程是：
a．将分析纯的碳酸锶、五氧化二铌粉末混合后，加入氯化钾粉末，得到铌酸锶钾微晶的原料混合物。
b．将铌酸锶钾微晶的原料混合物置于聚乙烯球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机上球磨12h；所述无水乙醇与置于聚乙烯球磨罐中原料混合物的重量比为1.5:1。将球磨后的湿料置于烘箱内，在50℃下烘干，然后在玛瑙研钵中将烘干的粉料研细，直到没有成块的粉料为止。将研磨后的粉料置于刚玉坩埚中，以5℃/min的升温速率升温至1150℃，并保温6h，对研磨后的粉料进行煅烧。煅烧后随炉冷却至室温，得到煅烧后的粉料。
c．煅烧后的粉料在100℃的蒸馏水中反复洗涤并过滤，直至在滤液中检测不出Cl-。在60℃下烘干洗涤后的粉料，得到针状铌酸锶钾微晶粉体。
步骤2：制备铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷。所述制备铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷的具体过程是：
a．将针状铌酸锶钾微晶粉体、助烧剂、粘结剂和有机溶剂按重量配比并混合均匀，球磨24小时后，得到浆料。所述的助烧剂采用三氧化二铋，为针状铌酸锶钾微晶粉体的重量的4%；所述的有机溶剂由重量比为2:1的甲苯和酒精配成，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的50％；所述的粘结剂采用福州生产的F518N陶瓷粉体粘结剂，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的30％。
b．浆料于200目滤网过滤后通过流延机进行流延。过滤后的浆料从料斗流下，被刮刀以刮压涂敷在基带上，经流延机的三个烘干区干燥、固化后从基带上剥离成为生坯带的薄膜。将薄膜切割成长20cm，宽10cm的膜片。流延工艺参数为：刮刀高度为30μm，流延机三个烘干区的温度分别为：65℃、85℃和75℃。
c．将切割好的膜片在室温条件下放置24小时后，通过叠压机进行叠压。叠压机参数为上压台温度50℃，下压台温度为50℃，压力为1100PSI；
d．对叠压后的膜片在压力机中进行等静压。等静压的最大压力为5000PSI，时间为4000秒，水温为80℃；
e．等静压后的膜片经切割机切割成所需尺寸的素坯样片，在600℃条件下进行排胶。排胶时，将所述素坯样片从室温在6h升温至200℃，并保温2h。当保温结束后继续在10h升温至500℃。当素坯样片的温度达到500℃后，在8h20min内将所述素坯样片升温至600℃，并保温4h。保温结束后，经过10h的降温，使所述素坯样片的温度达到20℃，得到排胶后的样片。
f．将排胶后的样片置于马弗炉内，在1250℃条件下预烧4h，以2℃/min先降到500℃，然后随炉温冷却到室温。当所述排胶后的样片冷却到室温后，再以5℃/min的升温速率将马弗炉升温至1350℃，对所述排胶后的样片烧结4h，得到烧结后的样片
g．烧结后的样片经打磨，抛光后进行密度、微观结构以及织构度测试。
实施例四：
本实施例是一种铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷，呈定向排布的晶粒全部由针状的铌酸锶钾微晶演化而来。原始粉料为针状铌酸锶钾微晶粉体、助烧剂、有机溶剂和粘结剂，其中：
针状铌酸锶钾微晶粉体是以碳酸锶、五氧化二铌和氯化钾为原料，通过熔盐法制备而成，其中碳酸锶与五氧化二铌的摩尔比为1:1.25，氯化钾为碳酸锶和五氧化二铌混合物重量的1.5倍。助烧剂是三氧化二铋，为针状铌酸锶钾微晶粉体的重量的8%；有机溶剂由重量比为2:1的甲苯和酒精配成，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的60％，粘结剂采用福州生产的F518N陶瓷粉体粘结剂，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的45％。
本实施例还提出了一种所述铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷的制备方法，其具体过程是：
步骤1：制备铌酸锶钾微晶粉体。所述制备铌酸锶钾微晶粉体的具体过程是：
a．将分析纯的碳酸锶、五氧化二铌粉末混合后，加入氯化钾粉末，得到铌酸锶钾微晶的原料混合物。
b．将铌酸锶钾微晶的原料混合物置于聚乙烯球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机上球磨12h；所述无水乙醇与置于聚乙烯球磨罐中原料混合物的重量比为1.5:1。将球磨后的湿料置于烘箱内，在50℃下烘干，然后在玛瑙研钵中将烘干的粉料研细，直到没有成块的粉料为止。将研磨后的粉料置于刚玉坩埚中，以5℃/min的升温速率升温至1150℃，并保温6h，对研磨后的粉料进行煅烧。煅烧后随炉冷却至室温，得到煅烧后的粉料。
c．煅烧后的粉料在100℃的蒸馏水中反复洗涤并过滤，直至在滤液中检测不出Cl-。在60℃下烘干洗涤后的粉料，得到针状铌酸锶钾微晶粉体。
步骤2：制备铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷。所述制备铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷的具体过程是：
a．将针状铌酸锶钾微晶粉体、助烧剂、粘结剂和有机溶剂按重量配比并混合均匀，球磨24小时后，得到浆料。所述的助烧剂采用三氧化二铋，为针状铌酸锶钾微晶粉体的重量的4%；所述的有机溶剂由重量比为2:1的甲苯和酒精配成，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的50％；所述的粘结剂采用福州生产的F518N陶瓷粉体粘结剂，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的30％。
b．浆料于200目滤网过滤后通过流延机进行流延。过滤后的浆料从料斗流下，被刮刀以刮压涂敷在基带上，经流延机的三个烘干区干燥、固化后从基带上剥离成为生坯带的薄膜。将薄膜切割成长20cm，宽10cm的膜片。流延工艺参数为：刮刀高度为25μm，流延机三个烘干区的温度分别为：65℃、75℃和65℃。
c．将切割好的膜片在室温条件下放置24小时后，通过叠压机进行叠压。叠压机参数为上压台温度50℃，下压台温度为50℃，压力为1500PSI；
d．对叠压后的膜片在压力机中进行等静压。等静压的最大压力为7000PSI，时间为3000秒，水温为70℃；
e．等静压后的膜片经切割机切割成所需尺寸的素坯样片，在600℃条件下进行排胶。排胶时，将所述素坯样片从室温在6h升温至200℃，并保温2h。当保温结束后继续在10h升温至500℃。当素坯样片的温度达到500℃后，在8h20min内将所述素坯样片升温至600℃，并保温4h。保温结束后，经过10h的降温，使所述素坯样片的温度达到20℃，得到排胶后的样片。
f．将排胶后的样片置于马弗炉内，在1300℃条件下预烧2h，以2℃/min先降到500℃，然后随炉温冷却到室温。当所述排胶后的样片冷却到室温后，再以5℃/min的升温速率将马弗炉升温至1350℃，对所述排胶后的样片烧结2h，得到烧结后的样片
g．烧结后的样片经打磨，抛光后进行密度、微观结构以及织构度测试。
实施例五：
本实施例是一种铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷，呈定向排布的晶粒全部由针状的铌酸锶钾微晶演化而来。原始粉料为针状铌酸锶钾微晶粉体、助烧剂、有机溶剂和粘结剂，其中：
针状铌酸锶钾微晶粉体是以碳酸锶、五氧化二铌和氯化钾为原料，通过熔盐法制备而成，其中碳酸锶与五氧化二铌的摩尔比为1:1.25，氯化钾为碳酸锶和五氧化二铌混合物重量的1.5倍。助烧剂是三氧化二铋，为针状铌酸锶钾微晶粉体的重量的4%；有机溶剂由重量比为2:1的甲苯和酒精配成，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的60％，粘结剂采用福州生产的F518N陶瓷粉体粘结剂，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的40％。
本实施例还提出了一种所述铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷的制备方法，其具体过程是：
步骤1：制备铌酸锶钾微晶粉体。所述制备铌酸锶钾微晶粉体的具体过程是：
a．将分析纯的碳酸锶、五氧化二铌粉末混合后，加入氯化钾粉末，得到铌酸锶钾微晶的原料混合物。
b．将铌酸锶钾微晶的原料混合物置于聚乙烯球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机上球磨12h；所述无水乙醇与置于聚乙烯球磨罐中原料混合物的重量比为1.5:1。将球磨后的湿料置于烘箱内，在50℃下烘干，然后在玛瑙研钵中将烘干的粉料研细，直到没有成块的粉料为止。将研磨后的粉料置于刚玉坩埚中，以5℃/min的升温速率升温至1150℃，并保温6h，对研磨后的粉料进行煅烧。煅烧后随炉冷却至室温，得到煅烧后的粉料。
c．煅烧后的粉料在100℃的蒸馏水中反复洗涤并过滤，直至在滤液中检测不出Cl-。在60℃下烘干洗涤后的粉料，得到针状铌酸锶钾微晶粉体。
步骤2：制备铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷。所述制备铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷的具体过程是：
a．将针状铌酸锶钾微晶粉体、助烧剂、粘结剂和有机溶剂按重量配比并混合均匀，球磨24小时后，得到浆料。所述的助烧剂采用三氧化二铋，为针状铌酸锶钾微晶粉体的重量的4%；所述的有机溶剂由重量比为2:1的甲苯和酒精配成，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的50％；所述的粘结剂采用福州生产的F518N陶瓷粉体粘结剂，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的30％。
b．浆料于200目滤网过滤后通过流延机进行流延。过滤后的浆料从料斗流下，被刮刀以刮压涂敷在基带上，经流延机的三个烘干区干燥、固化后从基带上剥离成为生坯带的薄膜。将薄膜切割成长20cm，宽10cm的膜片。流延工艺参数为：刮刀高度为20μm，流延机三个烘干区的温度分别为：60℃、80℃和60℃。
c．将切割好的膜片在室温条件下放置24小时后，通过叠压机进行叠压。叠压机参数为上压台温度40℃，下压台温度为40℃，压力为1300PSI；
d．对叠压后的膜片在压力机中进行等静压。等静压的最大压力为7000PSI，时间为3000秒，水温为70℃；
e．等静压后的膜片经切割机切割成所需尺寸的素坯样片，在600℃条件下进行排胶。排胶时，将所述素坯样片从室温在6h升温至200℃，并保温2h。当保温结束后继续在10h升温至500℃。当素坯样片的温度达到500℃后，在8h20min内将所述素坯样片升温至600℃，并保温4h。保温结束后，经过10h的降温，使所述素坯样片的温度达到20℃，得到排胶后的样片。
f．将排胶后的样片置于马弗炉内，在1200℃条件下预烧4h，以2℃/min先降到500℃，然后随炉温冷却到室温。当所述排胶后的样片冷却到室温后，再以5℃/min的升温速率将马弗炉升温至1350℃，对所述排胶后的样片烧结6h，得到烧结后的样片
g．烧结后的样片经打磨，抛光后进行密度、微观结构以及织构度测试。
在上述各实施例中，通过对铌酸锶钾无铅织构陶瓷XRD的分析，计算铌酸锶钾无铅织构陶瓷的织构度f，织构度的计算公式如下所示：
f=(p-p0)/(1-p0)
式中，p=(I(001)+I(002))/∑I(hkl)，I是所对应XRD峰的相对强度，p0为晶粒自由取向陶瓷的p值。f取值范围为0<f<1，f越大陶瓷的织构度越高，即晶粒择优取向程度越大。
Claims (1)
1.一种铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷的制备方法，所述的铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷以针状铌酸锶钾微晶粉体、助烧剂、有机溶剂和粘结剂为原料；所述针状铌酸锶钾微晶粉体是以碳酸锶、五氧化二铌和氯化钾为原料，通过熔盐法制备而成，其中碳酸锶与五氧化二铌的摩尔比为1:1.25，氯化钾为碳酸锶和五氧化二铌混合物重量的1.5倍；助烧剂采用三氧化二铋，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的4～8％；有机溶剂由重量比为2:1的甲苯和酒精配制而成，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的50～60％，粘结剂为陶瓷粉体粘结剂，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的30～45％；其特征在于，具体过程是：
步骤1：制备针状铌酸锶钾微晶粉体；所述针状铌酸锶钾微晶粉体是以碳酸锶、五氧化二铌和氯化钾为原料，通过熔盐法制备而成，其中碳酸锶与五氧化二铌的摩尔比为1:1.25，氯化钾为碳酸锶和五氧化二铌混合物重量的1.5倍，具体过程是：a.将分析纯的碳酸锶、五氧化二铌粉末混合后，加入氯化钾粉末，得到铌酸锶钾微晶的原料混合物；
b.将铌酸锶钾微晶的原料混合物置于聚乙烯球磨罐中，加入无水乙醇在球磨机上球磨12h，得到铌酸锶钾微晶湿料；所述无水乙醇与铌酸锶钾微晶的原料混合物的重量比为1.5:1；将球磨后的铌酸锶钾微晶湿料置于烘箱内，在50℃下烘干；将烘干的粉料研磨；将研磨后的粉料置于刚玉坩埚中，以5℃/min的升温速率升温至1150℃，并保温6h，对研磨后的粉料进行煅烧；煅烧后随炉冷却至室温，得到煅烧后的粉料；
c.煅烧后的粉料在100℃的蒸馏水中反复洗涤并过滤，直至在滤液中检测不出Cl-；在60℃下烘干洗涤后的粉料，得到针状铌酸锶钾微晶粉体；
步骤2：制备铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷；助烧剂采用三氧化二铋，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的4～8％；有机溶剂由重量比为2:1的甲苯和酒精配制而成，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的50～60％，粘结剂为陶瓷粉体粘结剂，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的30～45％；所述制备铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷的具体过程是：a.将针状铌酸锶钾微晶粉体、助烧剂、粘结剂和有机溶剂按重量配比并混合均匀，球磨24小时后，得到浆料；所述的助烧剂采用三氧化二铋，为针状铌酸锶钾微晶粉体的重量的4～8％；所述的有机溶剂由重量比为2:1的甲苯和酒精配成，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的50～60％；粘1结剂为陶瓷粉体粘结剂，为针状铌酸锶钾微晶粉体重量的30～45％；
b.过滤后的浆料通过流延机采用常规方法进行流延，得到膜片；流延工艺参数为：刮刀高度为20～30μm，流延机三个烘干区的温度分别为：50～65℃、70～80℃和60～75℃；
c.将得到的膜片在室温条件下放置24小时后，通过叠压机进行叠压；叠压机参数为上压台温度40～50℃，下压台温度为40～50℃，压力为1100～1500PSI；
d.对叠压后的膜片在压力机中进行等静压；等静压的最大压力为4000～7000PSI，时间为3000～4000秒，水温为60～70℃；
e.等静压后的膜片经切割机切割成所需尺寸的素坯样片；排胶时，将所述素坯样片从室温在6h升温至200℃，并保温2h；当保温结束后继续在10h升温至500℃；当素坯样片的温度达到500℃后，在8h20min内将所述素坯样片升温至600℃，并保温4h；保温结束后，经过10h的降温，使所述素坯样片的温度达到20℃，得到排胶后的样片；
f.将排胶后的样片置于马弗炉内，在1200～1300℃条件下预烧2～4h；预烧后以2℃/min降温至500℃，然后随炉温冷却到室温；当所述排胶后的样片冷却到室温后，以5℃/min的升温速率将马弗炉升温至1350℃，对所述排胶后的样片烧结2～6h，得到烧结后的样片；
g.烧结后的样片经打磨，抛光后进行密度、微观结构以及织构度测试。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310337876.0A CN103420673B (zh) | 2013-08-05 | 2013-08-05 | 铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310337876.0A CN103420673B (zh) | 2013-08-05 | 2013-08-05 | 铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103420673A CN103420673A (zh) | 2013-12-04 |
| CN103420673B true CN103420673B (zh) | 2014-11-05 |
Family
ID=49646109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310337876.0A Active CN103420673B (zh) | 2013-08-05 | 2013-08-05 | 铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103420673B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108585848B (zh) * | 2018-05-14 | 2021-04-02 | 西北工业大学 | 一种KSr2Nb5O15透明铁电陶瓷的制备方法 |
| CN111170759B (zh) * | 2020-01-13 | 2022-04-29 | 山东晟世达科技有限公司 | 一种无模裸烧发泡陶瓷的制造方法 |
| CN111533555B (zh) * | 2020-04-28 | 2022-02-15 | 太原理工大学 | 一种层状致密铌酸锶钾无铅压电陶瓷的制备方法 |
| CN111533556B (zh) * | 2020-04-28 | 2022-01-14 | 太原理工大学 | 一种晶粒取向铌酸锶钠无铅铁电陶瓷的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101037332A (zh) * | 2007-04-20 | 2007-09-19 | 四川大学 | 多组元铌酸盐基无铅压电陶瓷 |
| CN101973764A (zh) * | 2010-10-15 | 2011-02-16 | 同济大学 | 一种织构化的铌酸铋钙陶瓷材料及其制备方法 |
| CN102616852A (zh) * | 2012-03-21 | 2012-08-01 | 西北工业大学 | 一种针状铌酸锶钾微晶粉体的制备方法 |
| CN102910907A (zh) * | 2012-10-22 | 2013-02-06 | 天津大学 | 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其两步烧结制备方法 |
-
2013
- 2013-08-05 CN CN201310337876.0A patent/CN103420673B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101037332A (zh) * | 2007-04-20 | 2007-09-19 | 四川大学 | 多组元铌酸盐基无铅压电陶瓷 |
| CN101973764A (zh) * | 2010-10-15 | 2011-02-16 | 同济大学 | 一种织构化的铌酸铋钙陶瓷材料及其制备方法 |
| CN102616852A (zh) * | 2012-03-21 | 2012-08-01 | 西北工业大学 | 一种针状铌酸锶钾微晶粉体的制备方法 |
| CN102910907A (zh) * | 2012-10-22 | 2013-02-06 | 天津大学 | 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其两步烧结制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Jingrui FANG等.Electrochemical Synthesis of KSr_2Nb_5O_(15) Nanophotocatalyst and Its Degradation of Methyl Orange.《Proceedings of Conference on Environmental Pollution and Public Health（CEPPH2011）》.2011,全文. * |
| 张高科.Characterization and Photocatalytic Activity of KSr_2Nb_5O_(15) with Tungsten Bronze Structure.《武汉理工大学学报（材料科学报）（英文版）》.2009,第24卷(第5期),全文. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103420673A (zh) | 2013-12-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103420673B (zh) | 铌酸锶钾无铅致密织构陶瓷及其制备方法 | |
| CN100455538C (zh) | 一种钛酸铋钠-钛酸钡无铅压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN111533556B (zh) | 一种晶粒取向铌酸锶钠无铅铁电陶瓷的制备方法 | |
| CN101244933A (zh) | 一种片状钛酸铋钠模板晶粒及其制备方法 | |
| CN104016674A (zh) | 一种钛酸钡基无铅压电陶瓷及其制备方法 | |
| Li et al. | The preparation and piezoelectric property of textured KNN-based ceramics with plate-like NaNbO3 powders as template | |
| CN105645958A (zh) | 一种铌酸钠无铅反铁电压电陶瓷的制备方法 | |
| CN109626988A (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 | |
| CN104744033B (zh) | 钛酸铋钠-钛酸钡无铅透明电光陶瓷及其制备方法 | |
| CN103553589B (zh) | 一种制备CaCu3Ti4O12陶瓷材料的方法 | |
| Chou et al. | Preparation and characterization of the lead-free piezoelectric ceramic of Bi0. 5Na0. 5TiO3 doped with CuO | |
| CN101880160A (zh) | 一种制备CaCu3Ti4O12粉体的方法 | |
| CN105330277A (zh) | 负温度系数热敏电阻生料组合物及应用 | |
| CN111004030B (zh) | 一种MgTiO3基微波介质陶瓷及其制备方法 | |
| CN111233465A (zh) | 一种钛酸铋钠-钛酸钡无铅压电织构陶瓷及其制备方法 | |
| CN107473732B (zh) | 一种钛酸锶基高储能密度和低介电损耗陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN107244912B (zh) | 一种新型bczt基储能陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
| CN106064942A (zh) | 高居里温度无铅snkbt压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN101260565B (zh) | 微米级片状钛酸铋钠晶体的制备方法 | |
| CN106478089B (zh) | 一种择优取向性BaTiO3/SrTiO3纳米复合陶瓷的制备方法 | |
| CN111533555B (zh) | 一种层状致密铌酸锶钾无铅压电陶瓷的制备方法 | |
| CN104649673A (zh) | 一种镧离子取代钕离子以改善微波介电特性的铌酸钕陶瓷 | |
| CN111908897A (zh) | MgO基微波陶瓷介质材料及其制备方法 | |
| CN104496471A (zh) | 一种高居里温度无铅热释电陶瓷材料及其制备方法 | |
| Cho et al. | Piezoelectric and ferroelectric properties of textured (Na 0.50 K 0.47 Li 0.03)(Nb 0.8 Ta 0.2) O 3 ceramics by using template grain growth method |
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 | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210223 Address after: Room 101, building 6, area B, civil military integration innovation park, No. 699, aerospace East Road, Xi'an national civil aerospace industry base, Shaanxi 710000 Patentee after: Shaanxi Aoxiang Tianyu New Material Technology Co.,Ltd. Address before: 710072 No. 127 Youyi West Road, Shaanxi, Xi'an Patentee before: Northwestern Polytechnical University |
|
| TR01 | Transfer of patent right |