专利名称：：一种微波水热合成铌酸钾钠无铅压电陶瓷粉体的方法
技术领域：
：本发明属于功能陶瓷材料领域，涉及一种铌酸钾钠的微波水热合成方法，用于生产无铅压电陶瓷粉体、烧结Ko.sNao.5Nb03基压电陶瓷。
背景技术：
：Ko.5Nao.5Nb03基压电陶瓷是铌酸盐无铅压电陶瓷体系的重要组成部分，是NaNb03和KNb03的固溶体。NaNb03室温下是类钙钛矿结构的反铁电体，存在复杂的结晶相变，具有强电场诱发的铁电性。以NaNb03为基，加入KNb03、LiNb03、铋层状结构以及钩青铜结构铁电体，可以合成性能较好的压电陶瓷。KNb03具有与钛酸钡相似的结构，居里温度为435'C。随着温度下降，KNb03依次发生立方结构—四方结构(435")的顺电—铁电相变，四方结构一正交结构(225'C)的铁电一铁电相变以及正交结构一三角结构(-10'C)的铁电一铁电相变。KNb03陶瓷压电性能低，烧结工艺要求严格，且易破碎，难以实际生产应用。反铁电体NaNb03和铁电体KNb03的结构仍为钙钛矿结构。该系陶瓷居里温度较高(>160°(:),压电性能良好。特别是Na/K-l时，在基体中同时存在三角相和四方相的准同型相界结构，此时机电耦合系数达到峰值，压电性能良好。然而，Na20和&0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，使陶瓷性能变差。采用热压或等静压工艺能够获得致密的NaNbOrKNb03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，因此探索新的合成工艺很有必要的。水热反应是在分散性和流动性好的均匀体系中进行，晶粒的结晶习性能够得到充分的体现，通过改变体系的物理化学条件，可以调节晶粒各个晶面的上的生长速度，控制晶粒的成核与生长，从而控制晶粒的显微形貌；另外，水热法工艺较简单，污染少，环境友好，有助于提高粉体的各种性能，是制备纳米功能陶瓷粉体的理想方法。微波水热是将微波场与传统的水热法相结合,体现水热法本身的优势和微波独特的加热特性，近年来微波水热作为一种新的合成纳米材料技术,特别是具有其他方法尤其是传统合成技术不可比拟的优点(l)微波加热速率快，反应条件温和，避免了材料合成过程中晶粒的异常长大，能在短时间，低温下合成纯度高，粒度细，分布均匀的材料；(2)微波能可直接穿透一定深度的样品，在不同深度同时加热，不需传热过程，这种体3加热作用使加热快速，均匀；(3)通过调节微波的输出功率，可使样品的加热情况立即无惰性地改变，便于进行自动控制和连续操作；(4)微波加热的热惯性小，因此关闭电源后试样，即可在周围的低温环境中实现较快速降温；热能利用率高(60%90%)，可大大节约能量微波水热法合成其他的压电陶瓷前期粉体已见报道，如锆钛酸铅，钛酸钡，钛酸钡锶，铌酸钾，铌酸钠等，但是铌酸钾钠的微波合成方法还未见报道。
发明内容本发明目的是结合水热法和微波加热的优点，采用微波水热技术生产铌酸钾钠无铅压电陶瓷粉体。一种微波水热合成铌酸钾钠无铅压电陶瓷粉体的方法，其特征是以NaOH和KOH溶液，Nb20s为反应物，采用微波水热技术合成KxNa,—xNb03(0<x<l)陶瓷粉体，NaOH和KOH浓度为5-llmol/L，相对于60mlNaOH和KOH溶液，Nb205加入量为0.01-0.02摩尔，反应温度为110-180°C，保温时间为5-12小时。如上所述的微波水热合成铌酸钾钠无铅压电陶瓷粉体的方法，NaOH和KOH混合溶液的最佳浓度范围为5-7mol/L，Nb205最佳加入量为0.013-0.016摩尔；反应最佳温度范围为160-170°C;最佳保温时间为6-8小时。本发明采用微波水热法合成铌酸钾钠无铅压电陶瓷粉体，合成温度低，粉体晶粒细小，均匀，直径约为几百个纳米左右，表面活性大，有利于后期陶瓷的烧结。图1为Ka3Naa7Nb03XRD图(反应温度150°C，反应时间7h，溶液中K+/Na+=3:1)图2为Ka3Naa7Nb03SEM图图3为Ka5Naa5Nb03XRD图(反应温度160°C，反应时间7h，溶液中K+/Na+=5:1)图4为Ko.5Naa5Nb03SEM图图5为Ko.4Naa6Nb03XRD图(反应温度150°C，反应时间7h，溶液中K+/Na+=8:1)图6为KQ.4Nao.6Nb03SEM图百>-rT^swioyv一N(见表1)表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>工艺流程如下1.配置浓度为6mol/L的氢氧化钾和氢氧化钠的混合溶液,体积60ml;2.称取3.75克(0.0141mol)Nb2Os粉体；3.将Nb20s粉体与KOH和NaOH溶液混合后放入聚四氟乙烯水热釜中，保持50%的填充度，搅拌l小时至混合均匀；4.将水热釜放入到微波炉中，调节功率旋钮，控制反应温度，保温；5.待反应完全后，可以看到内衬底部有白色沉淀，为检测溶液中是否存在可溶性的铌酸盐，内衬中的上层清液倒入烧杯中滴加盐酸至中性；6.用去离子水将内衬底部的白色沉淀物多次离心至中性；7.将洗至中性的白色沉淀物，放入微波炉中干燥，得到粉体；8.经XRD测试和能谱分析得到非常纯的KxNa^Nb03粉体，由图中可以看出，根据表1中的示例1的条件得到的粉体为Ka3Naa7Nb03，根据表1中的示例2的条件得到的粉体为Ko.5Naa5Nb03，根据表1中的示例3的条件得到的粉体为Ko.4Nao.6Nb03。具体试验结果从XRD图的标注中很清晰的看到在此试验条件下合成了非常纯的KxNa^Nb03粉体，而且从扫描电镜的照片我们也可以看出粉体结晶性完好。相比较水热合成KxNai.xNb03(0<x<l)粉体(230。C，24h)，微波水热不仅节约了能量，而且得到了形貌更规则的粉体，是一种新的有效合成途径。权利要求1.一种微波水热合成铌酸钾钠无铅压电陶瓷粉体的方法，其特征是以NaOH和KOH溶液，Nb2O5为反应物，采用微波水热技术合成KxNa1-xNbO3(0<x<1)陶瓷粉体，NaOH和KOH浓度为5-11mol/L，相对于60mlNaOH和KOH溶液，Nb2O5加入量为0.01-0.02摩尔，反应温度为110-180℃，保温时间为5-12小时。2.如权利要求1所述一种微波水热合成铌酸钾钠无铅压电陶瓷粉体的方法，其特征是NaOH和KOH混合溶液的浓度范围为5-7mol/L，相对于60mlNaOH和KOH溶液，Nb205加入量为0.013-0.016摩尔；反应温度范围为160-170°C;保温时间为6-8小时。全文摘要本发明属于功能陶瓷材料领域，涉及一种微波水热合成铌酸钾钠无铅压电陶瓷粉体的方法，用于生产无铅压电陶瓷粉体，烧结K<sub>0.5</sub>Na<sub>0.5</sub>NbO<sub>3</sub>基压电陶瓷。其特征是以NaOH和KOH溶液，Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>为反应物，采用微波水热技术合成K<sub>x</sub>Na<sub>1-x</sub>NbO<sub>3</sub>(0＜x＜1)陶瓷粉体，NaOH和KOH浓度为5-11mol/L，相对于60mlNaOH和KOH溶液，Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>加入量为0.01-0.02摩尔，反应温度为110-180℃，保温时间为5-12小时。本发明采用微波水热法合成铌酸钾钠无铅压电陶瓷粉体，合成温度低，粉体晶粒细小，均匀，直径约为几百个纳米左右，表面活性大，有利于后期陶瓷的烧结。文档编号C04B35/495GK101475376SQ20081023896公开日2009年7月8日申请日期2008年12月8日优先权日2008年12月8日发明者于九利,媛周,梅张,敏郭申请人:北京科技大学