专利名称：一种新型铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明涉及无铅压电陶瓷材料，具体是Ko.5Nao.5NbOrLiSb03-BiFe03系无铅压电陶瓷及 其制备方法。
背景技术：
铌酸钾钠(K。.5Na。.5NbO:"简称KNN)是一种A位复合钙钛矿结构的铁电体，其居里温度高 (〉30(TC)，压电性能良好(d33可超过100pC/N)，介电常数低，密度小，频率常数大，利于高 频应用，特别是超声领域的应用，被认为是当前无铅压电陶瓷的候选材料之一。然而，Na和K 高温下易挥发，采用传统陶瓷工艺难以获得致密性良好的陶瓷体，采用热压或等静压工艺能 够获得致密的KNN陶瓷，材料的温度稳定性得到较大改善，相对密度可达99%，但材料的稳定 性程度并不令人十分满意，且热压工艺生产成本较高，材料尺寸大小受到限制。
近年来，人们对铌酸钾钠基无铅压电陶瓷进行了各种改性研究，例如固溶改性、掺杂改 性、工艺改性等。但所获的材料的综合性能仍不理想，要么材料的压电性能良好但工艺成本 过高，或者材料的损耗较大，或者材料的居里温度过低；要么工艺成本低，但压电性能又达 不到应用要求，或者材料的致密度低；等等。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用传统陶瓷烧结工艺制备的介电损耗低、居里温度和致密度 高、压电性能优异的新型铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法。
本发明目的通过下述技术方案来实现在Ko.5NaQ5NbOrLiSb03中添加BiFe03构成的无 铅压电陶瓷，可以用通式(l-x-y)(Ko.5Nao.5)Nb03-xLiSb03-yBiFe03来表示，式中x、 y表示陶 瓷体系中摩尔含量，其中05x^0.1， 0^^0.05。
其制备方法，包括湿磨、烘干、烧成、二次球磨、造粒、压制成型、烧结、打磨、披银、 硅油中极化。在烧结时以60°C/h的升温速度到50(TC保温2h，再以120°C/h的升温速度到800 。C，再以60°C/h的升温速度到1060 1130'C保温1 3h烧结。烧结后，以120 。C/h的冷却 速率至80(TC，再随炉冷却至室温。
本发明的优点是新型铌酸钾钠基无铅压电陶瓷具有优良的压电性能及综合性能。通过选 择适当的x、 y值及工艺参数，可使该体系的压电常数d33达250pC/N以上，平面机电耦合系 数kp可达0.51以上，居里温度在365。C以上，20(TC以下介电损耗(tan6)低于3%， 400°C 以下介电损耗(tane)低于7%，烧结温度在113(TC以下。
具体实施例方式
实施例h
以Na2C03、 K2C03、 Nb205、 Li2C03、 Sb203、 Bi203和Fe203为原料，按照化学式 0.9462(K05Na05)NbO3—0.0498 LiSbO3—0.004BiFeO3
进行配料，烧结时以60°C/h的升温速度到500。C保温2h，再以120°C/h的升温速度到800°C， 再以60°C/h的升温速度到1060 113(TC保温1 3h烧结，之后以120 °C/h的冷却速率至800tanS(%) p(g/m3) 2.30 4.37
'C，再随炉冷却至室温而成。烧结后的陶瓷片经双面平行磨平后被银，在63(TC烧银0.5小时 后，在80 90'C硅油中极化，极化电场为3 4kV/mm，极化时间为15min;静止24小时后测 得性能为
d33(pC/N) Qmkp ￡r tanS(。/。) p(g/m3)
259 44.48 0.515 1561 2.00 4.51
实施例2:
制备方法同实施例l，成分表达式0.95(Ka5Naa5)NbO3-0.05LiSbO3-0BiFeO3 性能
d33(pC/N) Qm kp sr tan5(%) p(g/m3)
202 48.25 0.4761257 3.00 4.47
实施例3:
制备方法同实施例1，成分表达式0.9443(K05Na05)NbO3—0.0497 LiSbO3_0.006BiFeO3 性能
d33(pC/N) Qm kp sr
193 68.96 0.395 1173
实施例4:
制备方法同实施例1 性能
d33(pC/N) Qmkp sr tan5(%) p(g/m3)
89 39.26 0.200 1124 8.26 4.34
实施例5:
制备方法同实施例1，成分表达式0.9405(Ka5Naa5)NbO3—0.0495 LiSb03—0.01 BiFe03
性能
d33(pC/N) Qm kp sr tanS(%) p(g/m3)
55 57.19 0.168 1182 12.80 4.29
实施例6:
制备方法中除烧结温度为1115t:外其它同实施例1，成分表达式同实施例5:
0.9405(K05Na05)NbO3-0.0495 LiSb03—0.01BiFeO3
性能
d33(pC/N)Qm kp sr tanS(%) p(g/m3)
195 58.70 0.422 1396 2.60 4.54
成分表达式0.9424(K05Na05)NbO3—0.0496 LiSbO3—0.008BiFeO权利要求
1、一种新型铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其特征是是以Na2CO3、K2CO3、Nb2O5、Li2CO3、Sb2O3、Bi2O3和Fe2O3为原料，按照化学式(1-x-y)(K0.5Na0.5)NbO3-x LiSbO3-yBiFeO3，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.05进行配料，经传统制陶工艺制成。
2、 一种新型铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，包括配料、湿磨、烘干、烧成、二次 球磨、造粒、压制成型、烧结、打磨、披银、硅油中极化，其特征是烧结时以60'C/h的升 温速度到500'C保温2h，再以120°C/h的升温速度到800°C，再以60°C/h的升温速度到1060 113(TC保温1 3h烧结，之后以120 °C/h的冷却速率至800 °C，再随炉冷却至室温而成。
全文摘要
本发明公开了一种新型铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法，其主要特征是以Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>、K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>、Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>、Li<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>、Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>和Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>为原料，按照化学式(1-x-y)(K<sub>0.5</sub>Na<sub>0.5</sub>)NbO<sub>3</sub>-x LiSbO<sub>3</sub>-yBiFeO<sub>3</sub>，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.05进行配料，用传统制陶工艺制成的陶瓷新产品。通过选择适当的x、y值及工艺参数，可使该体系的压电常数d<sub>33</sub>达250pC/N以上，平面机电耦合系数k<sub>p</sub>可达0.51以上，居里温度在365℃以上，200℃以下介电损耗(tanθ)低于3％，400℃以下介电损耗(tanθ)低于7％，烧结温度在1130℃以下。
文档编号C04B35/622GK101423391SQ20081007390
公开日2009年5月6日 申请日期2008年11月12日 优先权日2008年11月12日
发明者刘心宇, 江民红, 陈国华 申请人:桂林电子科技大学