CN116715522A - 铌酸钾钠基压电陶瓷及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的铌酸钾钠基压电陶瓷引入特定比例的Fe3+，使Fe3+与氧空位配合形成具有缺陷偶极子的铌酸钾钠基压电陶瓷，能够使铌酸钾钠基压电陶瓷具有较高的居里温度，具有良好的温度稳定性；同时，本申请的压电陶瓷具有较大的压电耦合常数kp和机械品质因数Qm，且其能够作为助烧剂，降低普通烧结的温度，提高陶瓷的致密度；本申请的铌酸钾钠基压电陶瓷能够通过工业原料制备得到，易于实现大规模生产。
Description
技术领域
本申请属于功能性陶瓷材料研究领域，具体地涉及一种铌酸钾钠基压电陶瓷及其制备方法和应用。
背景技术
压电陶瓷是一类对人类生产、生活有重大影响的功能陶瓷。近年来，锆钛酸铅(PZT)基压电陶瓷因具有优异的压电性能而被广泛应用，但PZT基压电陶瓷中含有大量的铅，对环境及人体健康具有很大的危害性。铌酸钾钠(KNN)基无铅压电陶瓷具有良好的压电性能、环境友好等特点，有望部分替代PZT基压电陶瓷，因此受到研究者的广泛关注。
研究结果表明纯铌酸钾钠陶瓷的压电性能与实用化的PZT陶瓷相比仍有很大差距。为提高铌酸钾钠基压电陶瓷压电性能的温度稳定性，研究人员提出很多方法，如制备织构陶瓷、使相变温度远离室温等。但是，制备织构陶瓷需要复杂的工艺，使相变温度远离室温则不可避免地降低了陶瓷的压电性能。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本申请的目的在于提供一种铌酸钾钠基压电陶瓷及其制备方法和应用。本申请的铌酸钾钠基压电陶瓷制备工艺简单，能够保证良好的压电性能的同时，具有良好的温度稳定性。
为达上述目的，本申请采用以下技术方案：
本申请提供一种铌酸钾钠基压电陶瓷，所述铌酸钾钠基压电陶瓷具有如下通式：(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3-x％Fe2O3，其中，x％为Fe2O3占(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3的摩尔百分比，0<x＜0.5。
在其中一个实施例中，0<x≤0.3。
在其中一个实施例中，所述铌酸钾钠基压电陶瓷具有如下特征中的一个或多个：
(1)所述铌酸钾钠基压电陶瓷的压电常数d33的范围为260pC/N～350pC/N；
(2)所述铌酸钾钠基压电陶瓷的机电耦合系数Kp的范围为0.35～0.50。
本申请还提供一种上述任一实施例所述的铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法，包括：
根据通式(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3-x％Fe2O3称取各原料组分，采用固相法制备所述铌酸钾钠基压电陶瓷。
在其中一个实施例中，采用固相法制备所述铌酸钾钠基压电陶瓷的步骤包括：
将所述原料组分球磨混合，制备湿法浆料；
将所述湿法浆料进行烘干、过筛和初次烧结，制备预烧结干料；
将所述预烧结干料进行球磨、烘干和过筛，制备陶瓷粉体；
向所述陶瓷粉体中加入粘合剂，烘干、研磨后压制成型，制备陶瓷胚体；
将所述陶瓷胚体进行再次烧结、被银处理及极化后，得到所述铌酸钾钠基压电陶瓷。
在其中一个实施例中，将所述原料组分球磨混合和将所述预烧结干料球磨步骤中，所述球磨的工艺参数包括：
使所述原料组分或所述预烧结干料、混合球珠和球磨介质的质量比为1：(7～9)：(4～6)，并在300rpm～600rpm的转速下球磨8h～15h；
所述混合球珠包括质量比为1：(1～3)的第一球磨珠和第二球磨珠；
所述第一球磨珠的直径为3mm～8mm，所述第二球磨珠的直径为1mm～3mm。
在其中一个实施例中，所述初次烧结的工艺参数包括：
温度设置为850℃～900℃，保温时间为5h～7h。
在其中一个实施例中，所述陶瓷粉体与所述粘合剂的质量比为(9～11)：(2～4)，所述粘合剂为质量分数3％～4％的聚乙烯醇溶液。
在其中一个实施例中，所述铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法，具有如下所示特征中的一种或多种：
(1)所述再次烧结的工艺参数包括：烧结温度为1070℃～1140℃，保温时间为2h～8h；
(2)所述被银处理的工艺参数包括：保温温度为750℃～780℃，保温时间为20min～30min；
(3)所述极化的工艺参数包括：极化温度为20℃～50℃，极化时间为20min～40min，极化电场为2kV/mm～4kV/mm。
本申请还提供一种电子设备，包括上述任一实施例所述的铌酸钾钠基压电陶瓷。
本申请提供的铌酸钾钠基压电陶瓷引入特定比例的Fe3+，使Fe3+与氧空位配合形成具有缺陷偶极子的铌酸钾钠基压电陶瓷，能够使铌酸钾钠基压电陶瓷具有较高的居里温度，具有良好的温度稳定性；同时，本申请的压电陶瓷具有较大的压电耦合常数kp和机械品质因数Qm，且其能够作为助烧剂，降低普通烧结的温度，提高陶瓷的致密度；本申请的铌酸钾钠基压电陶瓷能够通过工业原料制备得到，易于实现大规模生产。
附图说明
图1为实施例1～实施例3以及对比例1烧结制备的铌酸钾钠基压电陶瓷圆片的X射线衍射图谱；
图2为实施例3、对比例1烧结制备的铌酸钾钠基压电陶瓷圆片的介电温谱；
图3为实施例3、对比例1烧结制备的铌酸钾钠基压电陶瓷圆片的电滞回线；
图4为实施例3烧结制备的铌酸钾钠基压电陶瓷圆片的元素mapping图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请的本发明的铌酸钾钠基压电陶瓷及其制备方法和应用作进一步详细的说明。本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：
本申请中，“压电常数d33”是表征压电材料性能的最常用的重要参数之一，一般陶瓷的压电常数越高，压电性能越好，下标中的第一个数字指的是电场方向，第二个数字指的是应力或应变的方向，“33”表示极化方向与测量时的施力方向相同。
本申请中，“机电耦合系数”表示压电振子在振动过程中，将机械能转变为电能，或将电能转变为机械能，这种表示压电体中机械能与电能之间相互变换程度的一个参数就称为机电耦合系数，它是衡量压电转换性能优劣的一个综合物理量。平面机电耦合系数Kp，反映薄圆片沿厚度方向极化和电激励，作径向伸缩振动时机电耦合效应的参数。
本申请提供一种铌酸钾钠基压电陶瓷，所述铌酸钾钠基压电陶瓷具有如下通式：(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3-x％Fe2O3，其中，x％为Fe2O3占(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3的摩尔百分比，0<x＜0.5。
具体地，x的值包括但不限于0.05、0.08、0.09、0.1、0.15、0.2、0.25、0.28、0.29、0.3、0.31、0.32、0.35、0.37、0.38、0.39、0.4、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47或0.48。
本申请能够通过调整x来调整(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3与Fe2O3的比例，使所述铌酸钾钠基压电陶瓷的剩余极化强度增加，使其极化更充分，并改进所述铌酸钾钠基压电陶瓷的压电性能。
在其中一个示例中，0<x≤0.3。
在其中一个示例中，所述铌酸钾钠基压电陶瓷的压电常数d33的范围为260pC/N～350pC/N。
在其中一个示例中，所述铌酸钾钠基压电陶瓷的机电耦合系数Kp的范围为0.35～0.50。
在其中一个示例中，所述铌酸钾钠基压电陶瓷的机械品质因数Qm的范围为45～80。
本申请还提供一种上述任一示例所述的铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法，包括：
根据上述实施例中的通式(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3-x％Fe2O3称取各原料组分，采用固相法制备所述铌酸钾钠基压电陶瓷。
在其中一个具体的示例中，所述原料组分包括K2CO3、Na2CO3、Nb2O5、Sb2O3、Li2CO3、Ta2O5和Fe2O3。
具体地，采用以K2CO3、Na2CO3、Nb2O5、Sb2O3、Li2CO3、Ta2O5和Fe2O3为原料可以有效合成所述铌酸钾钠基压电陶瓷。可以理解的是，也可以采用其他含有上述化合物元素的碳酸盐、硝酸盐和氧化物为原料制备所述铌酸钾钠基压电陶瓷。
在其中一个示例中，采用固相法制备所述铌酸钾钠基压电陶瓷的步骤包括：
将所述原料组分球磨混合，制备湿法浆料；
将所述湿法浆料进行烘干、过筛和初次烧结，制备预烧结干料；
将所述预烧结干料进行球磨、烘干和过筛，制备陶瓷粉体；
向所述陶瓷粉体中加入粘合剂，烘干、研磨后压制成型，制备陶瓷胚体；
将所述陶瓷胚体进行再次烧结和被银处理，极化后，制备所述铌酸钾钠基压电陶瓷。
在其中一个示例中，烘干的步骤在烘箱中进行，具体地，烘箱的温度设置为80℃～90℃。可以理解的是，在其他示例中，可以采用其他装置进行烘干。
在其中一个示例中，将所述原料组分球磨混合和将所述预烧结干料球磨步骤中，所述球磨的工艺参数包括：
使所述原料组分或所述预烧结干料：混合球珠：球磨介质的质量比为1：(7～9)：(4～6)，并在300rpm～600rpm的转速下球磨8h～15h；
所述混合球珠包括质量比为1：(1～3)的第一球磨珠和第二球磨珠，
所述第一球磨珠的直径为3mm～8mm，所述第二球磨珠的直径为1mm～3mm。
在其中一个示例中，所述球磨步骤采用的设备为行星球磨机。可以理解地，使用其他能将所述原料进行球磨的球磨机均可。
在其中一个具体的示例中，所述球磨步骤以无水乙醇为球磨介质，按直径5mm：2mm氧化锆球珠的质量比为1：2进行球珠混合，使所述原料组分或预烧结干料：混合球珠：无水乙醇质量比为1：8：5，并在400rpm的转速下球磨8h～15h。具体地，本申请的采用直径5mm和直径2mm氧化锆珠混合作为球磨的球磨珠效果最好，可以将粉体磨得更加均匀，有利于材料的性能完整表现和提升。进而使本申请制备的铌酸钾钠基压电陶瓷其晶粒之间非常致密，没有气孔。
在其中一个示例中，所述初次烧结的工艺参数包括：
温度设置为850℃～900℃，保温时间为5h～7h进行初次烧结。
在其中一个示例中，所述陶瓷粉体与所述粘合剂的质量比为(9～11)：(2～4)，所述粘合剂为质量分数3％～4％的聚乙烯醇溶液。
在其中一个示例中，所述压制成型的工艺参数包括：用模具将研磨后的陶瓷粉体压成直径10mm～14mm，厚度0.2mm～2mm，之后送入管式炉以600℃～700℃保温1h～2h进行排胶，制备陶瓷胚体。
在其中一个示例中，排胶的步骤在管式炉中进行。具体地，管式炉以3℃/min～5℃/min的速率进行升温。可以理解的是，在其他示例中，可以采用其他热加工装置进行排胶。
在其中一个示例中，所述再次烧结的工艺参数包括：烧结温度为1070℃～1140℃，保温时间为2h～8h。
在其中一个示例中，所述被银处理的工艺参数包括：保温温度为750℃～780℃，保温时间为20min～30min。
在其中一个示例中，所述极化的工艺参数包括：极化温度为20℃～50℃，极化时间为20min～40min，极化电场为2kV/mm～4kV/mm。
在其中一个示例中，所述极化过程需要在绝缘煤质中进行。
在其中一个具体的示例中，所述绝缘煤质为硅油。
在其中一个示例中，烧结的步骤在马弗炉中进行。具体地，马弗炉以3℃/min～5℃/min的速率进行升温。可以理解的是，在其他示例中，可以采用其他热加工装置进行烧结。
本申请提供的铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法，利用无毒无害的工业原料，经过传统的固相烧结法制备，其烧结温度较低，易于实现，且制备工艺成熟简单，可用于工业大规模生产。
优选地，本申请提供的酸钾钠基压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取：按照(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3-x％Fe2O3通式称取原料，放入烘箱以200℃～250℃烘2h～5h；
(2)球磨：将原料放入球磨罐中，，以无水乙醇作为球磨介质，与直径为5mm和2mm氧化锆珠按照质量比1：(1～3)一起放置在行星式球磨机中进行球磨，使所述原料组分：混合球珠：球磨介质的质量比为1：(7～9)：(4～6)，并在300rpm～600rpm的转速下球磨8h～15h，制备湿法浆料；
(3)初次烧结：将所述湿法浆料送入烘箱烘干，过筛，之后送入箱式马弗炉以850℃～900℃保温6h进行初次烧结，制备预烧结干料；
(4)球磨：将所述预烧结干料放入球磨罐中，，以无水乙醇作为球磨介质，与直径为5mm和2mm氧化锆珠按照质量比1：(1～3)一起放置在行星式球磨机中进行球磨，使所述预烧结干料：混合球珠：球磨介质的质量比为1：(7～9)：(4～6)，并在300rpm～600rpm的转速下球磨8h～15h，送入烘箱烘干后，研磨过75目网筛，制备陶瓷粉体；
(5)造粒：向所述陶瓷粉体中加入质量分数为3％～4％的聚乙烯醇溶液，送入烘箱烘干，烘干后研磨过75目网筛；
(6)压制成型：过筛后，将陶瓷粉体用模具压成直径12mm，厚度1mm的陶瓷胚体，之后送入管式炉以600℃～700℃保温1h～2h进行排胶，制备陶瓷胚体；
(7)再次烧结：将所述瓷胚体送入箱式马弗炉中温度设置为1070℃～1140℃保温2h～8h，制备陶瓷成品；
(8)被银处理：将再次烧结后的陶瓷成品上下两表面涂上银浆，保温温度为750℃～780℃，保温时间为20min～30min；
(9)极化：对被银处理后的陶瓷成品进行极化处理，在室温下硅油浸泡中极化20min～40min，极化电场为2kV/mm～4kV/mm，制备所述铌酸钾钠基压电陶瓷。
本申请还提供一种电子设备，包括上述任一实施例所述的铌酸钾钠基压电陶瓷。
上述电子设备包括上述铌酸钾钠基压电陶瓷，该铌酸钾钠基压电陶瓷压电性能优良，且居里温度较高，温度稳定性较好，可在驱动器或传感器方面获得应用，在未来取代铅基压电陶瓷的进程中具有重大意义。
可以理解地，本申请对电子设备的类型并无限定。所述电子设备包括但不限于超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置或压电陀螺。
为了使本发明的目的以及优点更加清楚，以下结合具体实施例对本发明的铌酸钾钠基压电陶瓷及其制备方法做进一步详细的说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不得用以限定本发明。以下实施例如未特殊说明，则不包括除不可避免的杂质外的其他组分。实施例中采用药物和仪器如非特别说明，均为本领域常规选择。实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规条件，例如文献、书本中所述的条件或者生产厂家推荐的方法实现。
实施例1
实施例1提供一种铌酸钾钠基压电陶瓷材料及其制备方法。
(1)计算：以K2CO3、Na2CO3、Nb2O5、Sb2O3、Li2CO3、Ta2O5、Fe2O3为原料，按照化学式(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3-x％Fe2O3，x＝0.4计算所需各原料的质量；
(2)配料：将K2CO3和Na2CO3置于烘箱220℃下2h烘干去除水分，之后按照计算的原料质量称取，将称取原料放入球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介质，以质量比为1:2，直径5mm和直径2mm的氧化锆珠混合作为球磨珠，原料:球磨珠:无水乙醇质量比为1:8:4，在行星式球磨机中以400rpm转速进行初次球磨15h，得到湿法浆料；
(3)初次烧结：将得到的浆料放入烘箱中在80℃烘烤6h～8h烘干得到干粉，之后装入坩埚中压紧，盖好坩埚盖，将其送入箱式马弗炉中900℃，升温速率为5℃/min，预烧6h；
(4)二次球磨：将预烧之后的块体粉碎，得到的粉体移入球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介质，以质量比为1:2，直径5mm和直径2mm的氧化锆珠混合进行第二次球磨，原料:球磨珠:无水乙醇质量比为1:8:4，在行星式球磨机400rpm转速中球磨15h；
(5)烘干过筛：球磨得到的浆料放入烘箱80℃烘干，对烘干的粉料进行研磨处理，并过75目的筛网，得到粒度较细、颗粒均匀的粉体；
(6)造粒：对研磨过筛处理得到的粉体加入质量分数为3％～4％的聚乙烯醇溶液，粉体：聚乙烯醇溶液质量比为10：3，将粉体与聚乙烯醇溶液混合均匀，放入80℃烘箱烘10min把水分烘干，进行研磨处理并过75目的筛网；
(7)压制成型：将过筛处理后得到的粉体利用模具压制成型，获得圆片型陶瓷生胚，陶瓷生胚直径约12mm，厚度约1mm；
(8)普通烧结：将获得的陶瓷生胚放入管式炉中以650℃，升温速率为3℃/min，烧2h进行排胶处理，排胶后得到的陶瓷生胚放入管式炉中在1080℃下保温4h获得陶瓷成品；
(9)瓷片极化：将得到的陶瓷成品进行被银处理，在780℃下保温30min，被上银电极的陶瓷在室温下硅油浸泡中极化30min，极化电场为3kV/mm，经极化后放置24h即可进行性能测试。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，主要区别在于：步骤(8)的普通烧结温度为1090℃。其余制备步骤与实施例1所述制备方法一致。
实施例3
实施例3与实施例1基本相同，主要区别在于：步骤(8)的普通烧结温度为1100℃。其余制备步骤与实施例1所述制备方法一致。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同，主要区别在于：步骤(1)中铌酸钾钠基压电陶瓷材料的化学式为：(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3-x％Fe2O3，x＝0.3。其余制备步骤与实施例1所述制备方法一致。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同，主要区别在于：铌酸钾钠基压电陶瓷材料的化学式为：(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3-x％Fe2O3，x＝0，其中步骤(8)的普通烧结温度为1135℃。其余制备步骤与实施例1所述制备方法一致。
对比例2
对比例2与实施例1基本相同，主要区别在于：铌酸钾钠基压电陶瓷材料的化学式为：(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.81Ta0.18Sb0.01)O3-0.4％Fe2O3。
对比例3
对比例3与实施例1基本相同，主要区别在于：步骤(1)中铌酸钾钠基压电陶瓷材料的化学式为：(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3-x％Fe2O3，x＝0.5。其余制备步骤与实施例1所述制备方法一致。
性能测试
对实施例以及对比例制备的铌酸钾钠基压电陶瓷材料的结构和性能测试，结果如图1～图4以及表1所示。
表1实施例和对比例的d33、kp、Qm和密度
表1为实施例1～4、对比例1～3的d33、kp、Qm以及密度。通过对比发现，对比例1中，不包含Fe2O3，制备的铌酸钾钠基压电陶瓷材料的压电常数d33较低且机械品质因数Qm＜45；对比例2中，改变Nb、Sb的摩尔比，制备的铌酸钾钠基压电陶瓷材料的压电常数d33、kp以及Qm均有所降低。对比例3中，x为0.5时，虽然机械品质因数Qm的值有所增加，但是铌酸钾钠基压电陶瓷材料的压电常数d33、kp的值均减少，不能够满足实际应用。可见，Fe2O3的摩尔分数选自0<x＜0.5范围内，能够使铌酸钾钠基压电陶瓷材料具有较高的居里温度d33、较大的压电耦合常数kp和机械品质因数Qm；x值过小时，铌酸钾钠基压电陶瓷材料的压电常数d33以及机械品质因数Qm较低；x值过大时，铌酸钾钠基压电陶瓷材料的压电常数d33、kp的值较低，均无法满足实际使用。同时，通过对比实施例1～实施例3可以发现，当烧结温度为1100℃时，其性能最佳，压电常数d33＝312pC/N，kp＝0.48，Qm＝54，密度为4.77g/cm3。通过对比实施例1与实施例4可以发现，虽然实施例4中的d33以及kp的值有所降低，但d33值＞260，kp值＞0.35，能够满足实际使用，同时，实施例4中的铌酸钾钠基压电陶瓷材料机械品质因数Qm显著增大。
图1为实施例1～实施例3以及对比例1烧结制备的Fe3+掺杂的铌酸钾钠基压电陶瓷圆片X射线衍射图谱，由图可知，所有实例样品均为钙钛矿结构，且无任何杂相，且在2θ＝45.5°处进行放大分析，双峰共存，且左右双峰峰强比为1：2，说明未掺杂Fe2O3的陶瓷为四方相，掺杂Fe2O3的陶瓷双峰强度比为1：1，说明经过掺杂的陶瓷为正交相与四方相在室温下共存，两相共存对KNNLTS陶瓷压电性能提升有明显的贡献，这与表1的结果是一致的。
图2为实施例3和对比例1的陶瓷样品介电温谱图。从图中可以看出经过Fe3+掺杂，助烧剂可以提高正交-四方相变温度TO-T，对比例1中KNNLTS陶瓷的TO-T约为25℃，而实施例3中KNNLTS-Fe陶瓷的TO-T提升到约49℃，相变温度变化导致而实施例3中KNNLTS-Fe陶瓷的相结构发生变化，这与陶瓷的XRD确定的相组成结果也是基本吻合的。对比例1中压电陶瓷材料的居里温度有所降低，而实施例3中经过Fe3+掺杂的压电陶瓷材料的介电峰有所升高，这是因为Fe3+掺杂能够使材料内部构建缺陷偶极子，产生多余的空间电荷，进而使其压电性能升高。
图3为实施例3和对比例1烧结制备的铌酸钾钠基压电陶瓷圆片在1Hz时测试的电滞回线，在40kV/cm的电场下发现压电常数越大，剩余极化强度越大，高于未掺杂Fe3+的值，曲线饱和且呈近似矩形。图4为实施例3烧结制备的铌酸钾钠基压电陶瓷圆片的元素mapping图，可以看出，实施例3中KNNLTS-Fe陶瓷各元素分布是比较均匀的。Li元素太轻而无法在mapping图上显示出来。Fe元素虽然含量非常少，在mapping上也能看出分布与其它元素基本一致。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，便于具体和详细地理解本申请的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本申请提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑地分析、推理或者有限的实验得到的技术方案，均在本申请所附权利要求的保护范围内。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种铌酸钾钠基压电陶瓷，其特征在于，所述铌酸钾钠基压电陶瓷具有如下通式：(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3-x％Fe2O3，其中，x％为Fe2O3占(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3的摩尔百分比，0<x＜0.5。
2.根据权利要求1所述的铌酸钾钠基压电陶瓷，其特征在于，0<x≤0.3。
3.根据权利要求1或2所述的铌酸钾钠基压电陶瓷，其特征在于，所述铌酸钾钠基压电陶瓷具有如下特征中的一个或多个：
(1)所述铌酸钾钠基压电陶瓷的压电常数d33的范围为260pC/N～350pC/N；
(2)所述铌酸钾钠基压电陶瓷的机电耦合系数Kp的范围为0.35～0.50。
4.一种权利要求1～3任一项所述的铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：
根据通式(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3-x％Fe2O3称取各原料组分，采用固相法制备所述铌酸钾钠基压电陶瓷。
5.根据权利要求4所述的铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法，其特征在于，采用固相法制备所述铌酸钾钠基压电陶瓷的步骤包括：
将所述原料组分球磨混合，制备湿法浆料；
将所述湿法浆料进行烘干、过筛和初次烧结，制备预烧结干料；
将所述预烧结干料进行球磨、烘干和过筛，制备陶瓷粉体；
向所述陶瓷粉体中加入粘合剂，烘干、研磨后压制成型，制备陶瓷胚体；
将所述陶瓷胚体进行再次烧结、被银处理及极化后，得到所述铌酸钾钠基压电陶瓷。
6.根据权利要求5所述的铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法，其特征在于，将所述原料组分球磨混合和将所述预烧结干料球磨步骤中，所述球磨的工艺参数包括：
使所述原料组分或所述预烧结干料、混合球珠和球磨介质的质量比为1：(7～9)：(4～6)，并在300rpm～600rpm的转速下球磨8h～15h；
所述混合球珠包括质量比为1：(1～3)的第一球磨珠和第二球磨珠；
所述第一球磨珠的直径为3mm～8mm，所述第二球磨珠的直径为1mm～3mm。
7.根据权利要求5所述的铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述初次烧结的工艺参数包括：
温度设置为850℃～900℃，保温时间为5h～7h。
8.根据权利要求5～7任一项所述的铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉体与所述粘合剂的质量比为(9～11)：(2～4)，所述粘合剂为质量分数3％～4％的聚乙烯醇溶液。
9.根据权利要求5～7任一项所述的铌酸钾钠基压电陶瓷的制备方法，其特征在于，具有如下所示特征中的一种或多种：
(1)所述再次烧结的工艺参数包括：烧结温度为1070℃～1140℃，保温时间为2h～8h；
(2)所述被银处理的工艺参数包括：保温温度为750℃～780℃，保温时间为20min～30min；
(3)所述极化的工艺参数包括：极化温度为20℃～50℃，极化时间为20min～40min，极化电场为2kV/mm～4kV/mm。
10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1～3任一项所述的铌酸钾钠基压电陶瓷。
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