CN113563075A - 超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于无铅铁电压电陶瓷材料技术领域，具体涉及超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料及其制备方法。本发明公开了超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料，其化学表达式为：[(Na0.1K0.9)0.23Li0.77][(Nb0.15Sb0.85)0.41Ta0.59]O3+xmol％TM；其中TM为MnO2、Fe2O3、Ni2O3或CuO中的一种；x值为0.1～0.75。还公开了超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的制备方法。本发明通过Li+对A位Na+、K+和Ta5+、Sb5+对B位Nb5+复合取代、金属氧化物掺杂三种方式协同改性的特殊方法，解决了纯KNN陶瓷可烧结性差的缺点，实现用传统烧结工艺制备出不仅具有优良电学性能的铌酸盐无铅压电陶瓷材料，而且其介电损耗大幅优于目前报道的KNN基陶瓷；本发明的制备方法，其具有工艺简单、重复性、稳定性好的效果，因此具有实际应用的价值。

Description

超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于无铅铁电压电陶瓷材料技术领域，具体涉及超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
压电陶瓷是一种可实现机械能与电能的相互转换的信息功能陶瓷材料，被广泛应用于传感器、驱动器、超声换能器、谐振器、蜂鸣器等众多电子元器件领域。长期以来，目前大量使用的压电陶瓷主要是以Pb(Zr，Ti)O3(简称PZT)或Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(简称PMN-PT)等为主，然而在这些压电陶瓷材料中PbO(或Pb3O4)的含量约占60％左右。铅的毒性使得铅基压电陶瓷在制备、使用及废弃处理过程中都会散播有毒物质，对人类及生态环境带来严重危害，这与人类可持续发展战略相矛盾。因此研究和开发环境友好型的无铅压电陶瓷是一项有重大现实意义的课题，尤其是具有超低介电损耗性能的无铅陶瓷材料就显得尤为重要。在压电材料无铅化的研究与开发上世界各国均进行了不少工作，并取得了阶段性的进展。至今为止，主要的无铅压电陶瓷体系包括：BaTiO3(BT)、Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)、(K，Na)NbO3(KNN)、Ba(Ti，Zr)O3-(Ba，Ca)TiO3(BZT-BCT)等。在这些体系中，(K0.5Na0.5)NbO3(KNN)基陶瓷很可能是目前最有发展前途的材料，由于它的制备工艺简单，具有较高的压电铁电性能及较高的居里温度等。例如Zhuang Liu等研究了Ce和Mn共掺杂的BS-PTC-BZT-MnO2陶瓷的介电损耗和高压电常数。采用固相烧结方法制备了MnO2掺杂的0.99(0.36BiScO3-0.64PbTi1-xCexO3)-0.01Bi(Zn0.5Ti0.5)O3(BS-PTC-BZT-MnO2)陶瓷，首次报道了Ce元素可以降低介电损耗(tanδ)，同时抑制压电常数(d33)的下降。当x＝0.02时，该压电材料同时具有低介电损耗(tanδ＝1.36％，1kHz)和高压电常数(d33＝360pC/N)，优于大多数报道的BS-PT。此外，报道了优异的综合性能，包括高居里温度(Tc＝422℃)、高介电常数(εr＝1324)和剩余极化(Pr＝35.1uC/cm2)，分析了降低介电损耗的原因，即不对称的S-E和P-E磁滞回线表明，缺陷和氧空位是由多价元素(Ce和Mn)引起的。
本发明通过Li+对A位Na+、K+和Ta5+、Sb5+对B位Nb5+复合取代、多种金属氧化物掺杂2种方式协同改性的特殊方法，解决了纯KNN陶瓷可烧结性差的缺点，实现用传统烧结工艺制备出不仅具有优良电学性能的铌酸盐无铅压电陶瓷材料，而且其介电损耗大幅优于目前报道的KNN基陶瓷。本发明公开了具有低损耗的铌酸盐无铅压电陶瓷材料，以及该材料的制备方法。
本发明公开的具有低损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料兼具环境友好、电学性能优良、低介电损耗三大优点；且本发明公开的材料工艺路线简单，重复、稳定性好，可在要求低损耗的电子元器件领域使用。
发明内容
针对上述背景技术所提出的问题，本发明的目的是：旨在提供。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料，其化学表达式为：
[(Na0.1K0.9)0.23Li0.77][(Nb0.15Sb0.85)0.41Ta0.59]O3+xmol％TM；
其中TM为MnO2、Fe2O3、Ni2O3或CuO中的一种；
x值为0.1～0.75。
超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的制备方法，包含以下步骤，
S1：按化学式[(Na0.1K0.9)0.23Li0.77][(Nb0.15Sb0.85)0.41Ta0.59]O3+xmol％TM的化学计量比称取原料Na2CO3、K2CO3、Li2CO3、Nb2O5、Sb2O3、Ta2O5和TM，放入球磨罐内，加入无水乙醇，混合并球磨；
S2：将球磨后的混合料烘干后，在900～930℃预烧3h后，放入球磨罐内，再次加入无水乙醇，进行细磨；
S3：细磨后的瓷料烘干后，加入一定量的PVA粘合剂混合，压制成所需要的陶瓷坯片；
S4：将陶瓷坯片梯度升温至1100～1140℃保温4h进行烧结后，随炉自然降温至室温。
S5：将降温后的陶瓷片上银电极，在硅油中进行极化后即制备得具有低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料。
作为本发明发一种优选方案，所述S1中无水乙醇的用量为Na2CO3、K2CO3、Li2CO3、Nb2O5、Sb2O3、Ta2O5和TM原料总重量的80％，球磨时的转速为250r/min，球磨时间为2h。
作为本发明发一种优选方案，所述S2中球磨后混合料的烘干温度为110℃。
5、根据权利要求2所述的具有低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述S2中无水乙醇的用量为预烧合成后粉料总重量的80％，球磨时的转速为250r/min，球磨时间为4h。
作为本发明发一种优选方案，所述S3中粘合剂的用量为球磨后粉料总重量的6～8％，粘合剂为重量百分含量为6％PVA的水溶液。
作为本发明发一种优选方案，所述S4中梯度升温时的速率为150℃/h。
作为本发明发一种优选方案，所述S4中烧结时的温度较佳值为1100℃，保温时间为4h。
作为本发明发一种优选方案，所述S5中烧结后的陶瓷片上银电极后，在80℃的硅油中，在电场强度为5～6kV/mm的直流电场下极化10min。
本发明发有益效果：
本发明通过Li+对A位Na+、K+和Ta5+、Sb5+对B位Nb5+复合取代、金属氧化物掺杂三种方式协同改性的特殊方法，解决了纯KNN陶瓷可烧结性差的缺点，实现用传统烧结工艺制备出不仅具有优良电学性能的铌酸盐无铅压电陶瓷材料，而且其介电损耗大幅优于目前报道的KNN基陶瓷；
本发明公开的铌酸盐无铅压电陶瓷材料具有优良的综合电学性能，其中d33＝240～280pC/N，kp＝43.0％～44.8％，
Figure BDA0003224913550000031
ρ＝4.50～4.80g/cm3；对于烧结良好、结构致密的铌酸盐无铅压电陶瓷材料，具有低的介电损耗(tanδ＝0.0034～0.014，1kHz)；
本发明提供的超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的制备方法，其具有工艺简单、重复性、稳定性好的效果，因此具有实际应用的价值。
附图说明
本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；
图1为本发明实施例1的陶瓷样品表面SEM图；
图2为本发明实施例2的陶瓷样品表面SEM图；
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
实施例1
本实施例提供的超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料，其化学式为：
[(Na0.1K0.9)0.23Li0.77][(Nb0.15Sb0.85)0.41Ta0.59]O3+xmol％TM，
其中TM为Fe2O3,x＝0.15；
其制备方法包括以下步骤：
S1：从国药集团采购化学纯的Na2CO3、K2CO3、Li2CO3、Nb2O5、Sb2O3、Ta2O5和Fe2O3作为原料，按照比例将称量好的原料放入球磨罐内，加入占上述原料总重量80％的无水乙醇后，在行星球磨机上以250r/min的转速混合并磨细2h；
S2：将经过球磨的混合料在110℃烘干后放于坩埚内，在900℃预烧，保温时间3h；预烧合成后的粉料加入占粉料总重量80％的无水乙醇后，以250r/min转速磨细4h；
S3：将磨细过的预烧合成粉料在110℃烘干，加入一定量的PVA粘合剂混合，压制成所需要的陶瓷坯片；其中粘合剂为重量百分含量为6％的PVA的水溶液，其用量为球磨后粉料总重的7％；
S4：将陶瓷坯片按150℃/h升温到1100℃保温4h烧结，随炉自然降温至室温；
S5：将烧结后的陶瓷片上银电极，在80℃的硅油中，在电场强度为5kV/mm的直流电场下极化10min，得到铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料。
按照上述方法制备的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的性能参数如下：d33＝251pC/N，kp＝44.6％，
Figure BDA0003224913550000041
ρ＝4.38g/cm3。对于烧结良好、结构致密的铌酸盐无铅压电陶瓷材料，具有低的介电损耗(tanδ＝0.0082，1kHz)。
实施例2
本实施例提供的超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料，其化学式为：
[(Na0.1K0.9)0.23Li0.77][(Nb0.15Sb0.85)0.41Ta0.59]O3+xmol％TM，
其中TM为Ni2O3,x＝0.1；
其制备方法包括以下步骤：
S1：从国药集团采购化学纯的Na2CO3、K2CO3、Li2CO3、Nb2O5、Sb2O3、Ta2O5和Ni2O3作为原料，按照比例将称量好的原料放入球磨罐内，加入占上述原料总重量80％的无水乙醇后，在行星球磨机上以250r/min的转速混合并磨细2h；
S2：将经过球磨的混合料在110℃烘干后放于坩埚内，在900℃预烧，保温时间3h；预烧合成后的粉料加入占粉料总重量80％的无水乙醇后，以250r/min转速磨细4h；
S3：将磨细过的预烧合成粉料在110℃烘干，加入一定量的PVA粘合剂混合，压制成所需要的陶瓷坯片；其中粘合剂为重量百分含量为6％的PVA的水溶液，其用量为球磨后粉料总重的7％；
S4：将陶瓷坯片按150℃/h升温到1100℃保温4h烧结，随炉自然降温至室温；
S5：将烧结后的陶瓷片上银电极，在80℃的硅油中，在电场强度为5kV/mm的直流电场下极化10min，得到铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料。
按照上述方法制备的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的性能参数如下：d33＝270pC/N，kp＝43.5％，
Figure BDA0003224913550000042
ρ＝4.51g/cm3。对于烧结良好、结构致密的铌酸盐无铅压电陶瓷材料，具有低的介电损耗(tanδ＝0.0044，1kHz)。
实施例3
本实施例提供的超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料，其化学式为：
[(Na0.1K0.9)0.23Li0.77][(Nb0.15Sb0.85)0.41Ta0.59]O3+xmol％TM，
其中TM为CuO,x＝0.75；
其制备方法包括以下步骤：
S1：从国药集团采购化学纯的Na2CO3、K2CO3、Li2CO3、Nb2O5、Sb2O3、Ta2O5和CuO作为原料，按照比例称取原料；将称量好的原料放入球磨罐内，加入占上述原料总重量80％的无水乙醇后，在行星球磨机上以250r/min的转速混合并磨细2h；
S2：将经过球磨的混合料在110℃烘干后放于坩埚内，在900℃预烧，保温时间3h；预烧合成后的粉料加入占粉料总重量80％的无水乙醇后，以250r/min转速磨细4h；
S3：将磨细过的预烧合成粉料在110℃烘干，加入一定量的PVA粘合剂混合，压制成所需要的陶瓷坯片；其中粘合剂为重量百分含量为6％的PVA的水溶液，其用量为球磨后粉料总重的7％；
S4：将陶瓷坯片按150℃/h升温到1100℃保温4h烧结，随炉自然降温至室温；
S5：将烧结后的陶瓷片上银电极，在80℃的硅油中，在电场强度为5kV/mm的直流电场下极化10min，得到铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料。
按照上述方法制备的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的性能参数如下：d33＝260pC/N，kp＝43.4％，
Figure BDA0003224913550000051
ρ＝4.78g/cm3。对于烧结良好、结构致密的铌酸盐无铅压电陶瓷材料，具有低的介电损耗(tanδ＝0.013，1kHz)。
实施例4
本实施例提供的超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料，其化学式为：
[(Na0.1K0.9)0.23Li0.77][(Nb0.15Sb0.85)0.41Ta0.59]O3+xmol％TM，
其中TM为MnO2,x＝0.2；
其制备方法包括以下步骤：
S1：从国药集团采购化学纯的Na2CO3、K2CO3、Li2CO3、Nb2O5、Sb2O3、Ta2O5和MnO2作为原料，按照比例称取原料；将称量好的原料放入球磨罐内，加入占上述原料总重量80％的无水乙醇后，在行星球磨机上以250r/min的转速混合并磨细2h；
S2：将经过球磨的混合料在110℃烘干后放于坩埚内，在900℃预烧，保温时间3h；预烧合成后的粉料加入占粉料总重量80％的无水乙醇后，以250r/min转速磨细4h；
S3：将磨细过的预烧合成粉料在110℃烘干，加入一定量的PVA粘合剂混合，压制成所需要的陶瓷坯片；其中粘合剂为重量百分含量为6％的PVA的水溶液，其用量为球磨后粉料总重的7％；
S4：将陶瓷坯片按150℃/h升温到1100℃保温4h烧结，随炉自然降温至室温；
S5：将烧结后的陶瓷片上银电极，在80℃的硅油中，在电场强度为5kV/mm的直流电场下极化10min，得到铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料。
按照上述方法制备的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的性能参数如下：d33＝244pC/N，kp＝43.9％，
Figure BDA0003224913550000061
ρ＝4.71g/cm3。对于烧结良好、结构致密的铌酸盐无铅压电陶瓷材料，具有低的介电损耗(tanδ＝0.0094，1kHz)。
各实施例中得到的陶瓷材料的电学性能，如下表1所示：
表1 各陶瓷样品的电学性能
Figure BDA0003224913550000062
从表1可以看出，本发明的压电性能良好，其制备后的数据稳定，说明制备工艺重复性、稳定性好，并且本发明的制备工艺简单，因此具有实际应用的价值。
图1为本发明实施例1的陶瓷样品表面SEM图；
图2为本发明实施例2的陶瓷样品表面SEM图；
从图1、图2中可以看出，本发明的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料晶粒大小均匀，晶界清晰，气孔少，结构均匀致密。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料，其特征在于：其化学表达式为：
[(Na0.1K0.9)0.23Li0.77][(Nb0.15Sb0.85)0.41Ta0.59]O3+xmol％TM；
其中TM为MnO2、Fe2O3、Ni2O3或CuO中的一种；
x值为0.1～0.75。
2.如权利要求1所述超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤，
S1：按化学式[(Na0.1K0.9)0.23Li0.77][(Nb0.15Sb0.85)0.41Ta0.59]O3+xmol％TM的化学计量比称取原料Na2CO3、K2CO3、Li2CO3、Nb2O5、Sb2O3、Ta2O5和TM，放入球磨罐内，加入无水乙醇，混合并球磨；
S2：将球磨后的混合料烘干后，在900～930℃预烧3h后，放入球磨罐内，再次加入无水乙醇，进行细磨；
S3：细磨后的瓷料烘干后，加入一定量的PVA粘合剂混合，压制成所需要的陶瓷坯片；
S4：将陶瓷坯片梯度升温至1100～1140℃保温4h进行烧结后，随炉自然降温至室温。
S5：将降温后的陶瓷片上银电极，在硅油中进行极化后即制备得具有低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料。
3.根据权利要求2所述的超低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述S1中无水乙醇的用量为Na2CO3、K2CO3、Li2CO3、Nb2O5、Sb2O3、Ta2O5和TM原料总重量的80％，球磨时的转速为250r/min，球磨时间为2h。
4.根据权利要求2所述的具有低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述S2中球磨后混合料的烘干温度为110℃。
5.根据权利要求2所述的具有低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述S2中无水乙醇的用量为预烧合成后粉料总重量的80％，球磨时的转速为250r/min，球磨时间为4h。
6.根据权利要求2所述的具有低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述S3中粘合剂的用量为球磨后粉料总重量的6～8％，粘合剂为重量百分含量为6％PVA的水溶液。
7.根据权利要求2所述的具有低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述S4中梯度升温时的速率为150℃/h。
8.根据权利要求2所述的具有低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述S4中烧结时的温度较佳值为1100℃，保温时间为4h。
9.根据权利要求2所述的具有低介电损耗的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述S5中烧结后的陶瓷片上银电极后，在80℃的硅油中，在电场强度为5～6kV/mm的直流电场下极化10min。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115231921A (zh) * 2022-07-27 2022-10-25 贵州大学 一种铁磁耦合材料及其制备方法
CN116496083A (zh) * 2023-04-11 2023-07-28 四川大学 一种核壳结构硬化铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN116813339A (zh) * 2023-05-12 2023-09-29 广东奥迪威传感科技股份有限公司 一种无铅压电陶瓷及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115231921A (zh) * 2022-07-27 2022-10-25 贵州大学 一种铁磁耦合材料及其制备方法
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