专利名称：一类铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一类压电陶瓷粉体及其制备方法，特别是涉及一类铌酸钾钠(KNN)基 无铅压电陶瓷粉体及其制备方法，属于压电材料领域。
背景技术：
铌酸钾钠(KNN)基陶瓷是一类重要的无铅压电陶瓷，由于其具有高的居里温度、 机电耦合系数大、压电常数大等优点，被认为是最有希望取代铅基压电陶瓷的候选材料。但 此类陶瓷材料存在机械品质因数较小、介电损耗较大、烧结性能较差等缺点。目前，人们通 过元素离子取代改性、添加烧结助剂以及改进制备工艺等手段，意图改善KNN基压电陶瓷 的烧结性能，并提高KNN基压电陶瓷的压电常数、机电耦合系数、机械品质因数等。当前，绝 大多数研究者是采用传统的陶瓷制备工艺进行实验研究，在传统的陶瓷制备工艺过程中， 常使用无水乙醇和原料混合经球磨若干小时后经干燥、预烧等工序制备出压电陶瓷粉体。 从工业化生产角度考虑，该方法易于实现大规模合成粉体，但该方法存在能耗高、粉体均一 性差等缺点。目前，随着国家可持续发展战略的实施，开发出性能好的无铅压电陶瓷粉体，及其 低成本、低能耗、高效率的制备技术具有重大的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的在于弥补上述现有无铅压电陶瓷粉体及其制备方法存在的不足，提 供一类各组分分布均一性好，粒径小、分布均勻，而且具有较高活性的铌酸钾钠基无铅压电 陶瓷粉体，以及提供易于操作、费用低廉、能耗低、效率高的制备这类陶瓷粉体的方法。实现本发明目的所采用的技术方案是一类铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体，它的化学通式如式(I)所示(K^NauLi人)(Nb^SbnHj 03 或(K^NauLi人)(Nb^SbnHj 03+aMa 0e (I)式⑴中，U、v、W、n分别表示相应的元素在该化学组成中所占的摩尔数， 0. 4彡u彡0. 6，0彡v彡0. 1，0彡w彡0. 1，0彡n彡0. 1，a为氧化物^00所占的摩尔百 分比，0 彡 a 彡 0. 1，a = 1，2 或 3，3 = 1，2，3，4 或 5，A 为 Li、Na、K、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba、 Zn、Cu、Bi、La 或 Y 中的一种或一种以上，H 为 Al、Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Zr、 Mo、Tc、Sn、Pr、Pu、Th、Hf、Ge、Sb、Te、Ta 或 W 中的一种或一种以上，M 为 Li、Na、K、Ag、Mg、 Ca、Sr、Ba、Zn、Cu、Bi、La、Y、Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Zr、Mo、Tc、Sn、Pr、Pu、Th、 Hf、Ge、Sb、Te、Ta、W中的一种或一种以上。该铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体的粒径不超过 3 y m。上述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体的制备方法包括以下步骤(1)按上述通式(I)中的化学计量比，称取各元素相应的化合物作为原料，原料中 含K、Na或Li的化合物为可溶性化合物，含Nb或Sb的化合物为不溶于水或难溶于水的化 合物粉末，含A或H的化合物为可溶性化合物或者为不溶于水或难溶于水的化合物粉末，含M的化合物为可溶性含氧化合物或者为不溶于水或难溶于水的含氧化合物粉末；所述不溶 于水或难溶于水的化合物粉末或者含氧化合物粉末的粒径不超过2微米；(2)将步骤(1)所选原料中可溶性的原料溶解于水中，使之形成均一稳定的溶液， 作为包覆相；(3)将步骤(1)所选原料中不溶于水或难溶于水的原料作为被包覆相，与包覆相 混合后振荡均勻，得到混合悬浮液；(4)将混合悬浮液在搅拌条件下，送入喷雾干燥器中高速离心雾化，使包覆相包覆 于被包覆相的颗粒表面，并在气流下于200 300°C干燥，经旋风分离器和袋式除尘器收 集，制得至少含K、Na、Nb元素的混合物粉末；(5)将上述混合物粉末在700 950°C下保温煅烧2 5小时，制得铌酸钾钠基无 铅压电陶瓷粉体。步骤(1)中所述含K化合物为碳酸钾、碳酸氢钾、硝酸钾、甲酸钾、醋酸钾、草酸钾、 柠檬酸钾、乙醇钾、叔丁醇钾、苯酚钾、乙炔钾或氢氧化钾中的任一种；含Na化合物为碳酸 钠、碳酸氢钠、硝酸钠、甲酸钠、醋酸钠、草酸钠、柠檬酸钠、乙醇钠、叔丁醇钠、苯酚钠、乙炔 钠或氢氧化钠中的任一种。将步骤(1)所选原料中可溶性的原料溶解于水中，使之形成均一稳定的阳离子的 总浓度为0. 1 4mol/L的溶液，作为包覆相。步骤⑷中所述气流的流速为50 150m/s。与现有技术相比，本发明具有以下优点1.本发明采用液相包覆技术和喷雾干燥技术相结合，制备了分散性好的铌酸钾钠 基无铅压电陶瓷粉体，各组分分布均一性好，粒径小、分布均勻，具有较高的活性，可以有效 地降低由粉体制备陶瓷时烧结阶段的温度。2.在本发明方法中，各种成份的混合是在水溶液中进行的，不同成份的离子或离 子团能够得到充分的混合，确保了所得陶瓷材料在化学成分上的均勻分散，使产品性能均 勻稳定。3.本发明以水做溶剂来制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体，从而有效地降低了 生产成本；该方法所需的工艺条件简单且可控，生产周期短，效率高，适宜工业化连续生产； 此外，本发明方法具有能耗低、污染小、与环境相协调等优点。利用本发明的铌酸钾钠基无 铅压电陶瓷粉体经传统的陶瓷制备工艺可制得相应的无铅压电陶瓷。
图1为实施例1中组分为(Ka5Na(1.5)Nb03的无铅压电陶瓷粉体的XRD图谱；图2为实施例1中组分为(Ka5Na(1.5)Nb03的无铅压电陶瓷粉体的粒径分布图；图3为利用实施例1中的(^…、.^^(^无铅压电陶瓷粉体制得的陶瓷样品在 10kHz条件下的介电-温度曲线图；图4为实施例2中组分为(K0.495Na0.5Bi0.005) (Nb0.99Ti0.01)03无铅压电陶瓷粉体的 XRD图谱；图5为利用实施例2中的(！^㈣妝。.^、.，)(Nb^Ji。.。)03无铅压电陶瓷粉体制得 的陶瓷样品的断面放大2500倍的SEM图6为利用实施例2中的O^MNauBiuJ (Nb^Ti^)03无铅压电陶瓷粉体制得 的陶瓷样品在10kHz条件下的介电-温度曲线图；图7为实施例4中组分为(KQ.4752NaQ.麵Li 0. 0396^10. 005) (Nb0. 9504Sb0. 0396丁士〇.01 )03无铅压
电陶瓷粉体的XRD图谱；图8 为利用实施例 5 中的(Kq. 4752Na0.48Li0.04Bi
o.oo48) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096 )03无铅压电 陶瓷粉体制得的陶瓷样品在10kHz条件下的介电-温度曲线图；图9 为利用实施例 5 中的(Kq. 4752Na0.48Li0.04Bi
o.oo48) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096 )03无铅压电 陶瓷粉体制得的陶瓷样品在10Hz条件下的电滞回线图；图10为利用实施例7中的(K0 .4776Na0.4776Li0.0398Y0.005) (Nb0.9552Sb0.0398Mn0.005) 03 口 压电陶瓷粉体制得的陶瓷样品在10kHz条件下的介电-温度曲线图；图11 为利用实施例 9 中的(K0.4752Na0.48Li0.04Bi0.0048) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+l. 0% CuO+O. 2% MnO无铅压电陶瓷粉体制得的陶瓷样品在10kHz条件下的介电-温度曲线图。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护内容不局限于以 下实施例。实施例1 (1)以K2C03、Na2C03和Nb205为原料，按照化学式(Ka 5Na0.5) Nb03的化学计量比称量 进行配料，其中Nb205的粒径为0. 5微米。(2)在搅拌条件下将K2C03和Na2C03溶于水中，形成均一稳定的阳离子的总浓度为 0. lmol/L的溶液，作为包覆相。(3)将称量好的Nb205作为被包覆相，加入到上述包覆相中，两者经振荡混合后搅 拌，制得均勻的混合悬浮液。(4)将混合悬浮液在均勻搅拌的条件下，送入喷雾干燥器的离心喷头，将混合悬浮 液高速离心雾化，使包覆相包覆于被包覆相的颗粒表面，并在温度为300°C、速度为150m/s 的气流下干燥，经旋风分离器和袋式除尘器收集，得到混合物粉末。(5)将上述混合物粉末在900°C下保温煅烧3小时，制得(Ka 5Na0.5) Nb03无铅压电 陶瓷粉体。该粉体的XRD图谱和粒径分布图分别见图1和图2。利用本实例制备的(Ka5Naa5)Nb03无铅压电陶瓷粉体经传统的陶瓷制备工艺制得 (Ka5Na(l.5)Nb03无铅压电陶瓷，按常规方法对其进行电学性能测试，结果见表1。该陶瓷样品 在10kHz条件下的介电-温度曲线图见图3。表1.经实施例1制得的陶瓷样品的电学性能测试结果d33(pC/N)kP(%)k,(%)Qm^33 Z ^oTc(°C)13022.421.235310414实施例2 (1)以 K2C03、Na2C03、Bi203、Ti02 和 Nb205 为原料，按照化学式(K0.495Na0.5Bi0.005) (Nb0.99Ti0.01)03的化学计量比称量进行配料，其中Ti02和Nb205的粒径均为0. 5微米，Bi203 的粒径为1微米。
5
(2)在搅拌条件下将K2C03和Na2C03溶于水中，形成均一稳定的阳离子的总浓度为 0. lmol/L的溶液，作为包覆相。(3)将称量好的Bi203、Ti02和Nb205作为被包覆相，加入到上述包覆相中，混合振 荡均勻，制得混合悬浮液。(4)将混合悬浮液在均勻搅拌的条件下，送入喷雾干燥器的离心喷头，将混合悬浮 液高速离心雾化，使包覆相包覆于被包覆相的颗粒表面，并在温度为300°C、速度为150m/s 的气流下干燥，经旋风分离器和袋式除尘器收集，得到混合物粉末。(5)将上述混合物粉末在850 °C下保温煅烧3小时，制得(K0.495Na0.5Bi0.005) (Nb0.99Ti0.01)03无铅压电陶瓷粉体。该粉体的XRD图谱见图4。利用本实例制备的(Kc^PauBiuJ (Nba99Tia(11)03无铅压电陶瓷粉体经传统的陶 瓷制备工艺制得(Ka 495Na0.5Bi0.005) (Nb0.99Ti0.01) 03无铅压电陶瓷，按常规方法对其进行电学 性能测试，结果见表2。该陶瓷样品的断面的SEM图和在10kHz条件下的介电-温度曲线图 分别见图5和图6。表2.经实施例2制得的陶瓷样品的电学性能测试结果 实施例3 (1)以 K2C03、Na2C03、CH3C00Li ^H^.Bi^^TiO^Nb^ 和 Sb203 为原料，按照化学式 (K0.4802Na0.4752Li0.0396Bi0.005) (Nb0.9504Sb0.0396Ti0.01)03 的化学计量比称量进行配料，其中 Ti02、 Nb205和Sb203的粒径均为0. 5微米，Bi203的粒径为1微米。(2)在搅拌条件下将K2TO3、Na2C03和CH3C00Li -2H20溶于水中，形成均一稳定的阳 离子的总浓度为0. lmol/L的溶液，作为包覆相。(3)将称量好的Bi203、Ti02、Nb205和Sb203作为被包覆相，与上述包覆相混合后振 荡均勻，制得混合悬浮液。(4)将混合悬浮液在均勻搅拌的条件下，送入喷雾干燥器的离心喷头，将混合悬浮 液高速离心雾化，使包覆相包覆于被包覆相的颗粒表面，并在温度为300°C、速度为120m/s 的气流下干燥，经旋风分离器和袋式除尘器收集，得到混合物粉末。(5)将上述混合物粉末在900 °C下保温煅烧2小时，制得 (K0.48o2Na0.4752Li0. o396Bio.005) (Nb0.9504Sb0.0396Ti0.01) 03 无铅压电陶瓷粉体，其粒径不超过 3 y m。利用本实施例制备的(KM^Na^mLi^^Bi。.。。》(Nb0.9504Sb0.0396Ti0.01)03无铅压电 陶瓷粉体经传统的陶瓷制备工艺制得(Ka48CI2Na 0. 4752^10. 0396^10. 005) (Nb0. 9504Sb0. 0396丁土0. 0l) O3 无 铅压电陶瓷，按常规方法对其进行电学性能测试，结果见表3。表3.经实施例3制得的陶瓷样品的电学性能测试结果 实施例4:
(1)以 K2C03、Na2C03、CH3C00Li ^H^.Bi^^TiO^Nb^ 和 Sb203 为原料，按照化学式 (K0.4752Na0.4802Li0.0396Bi0.005) (Nb0.9504Sb0.0396Ti0.01)03 的化学计量比称量进行配料，其中 Ti02、 Nb205和Sb203的粒径均为0. 5微米，Bi203的粒径为1微米。(2)在搅拌条件下将K2C03、Na2C03和CH3C00Li -2H20溶于水中，形成均一稳定的阳 离子的总浓度为0. 5mol/L的溶液，作为包覆相。(3)将称量好的Bi203、Ti02、Nb205和Sb203作为被包覆相，与上述包覆相混合后振 荡均勻，制得混合悬浮液。(4)将混合悬浮液在均勻搅拌的条件下，送入喷雾干燥器的离心喷头，将混合悬浮 液高速离心雾化，使包覆相包覆于被包覆相的颗粒表面，并在温度为250°C、速度为120m/s 的气流下干燥，经旋风分离器和袋式除尘器收集，得到混合物粉末。(5)将上述混合物粉末在800 °C下保温煅烧5小时，制得 (K0.4752Na0.4802Li0.0396Bi0.005) (NK.^Sb^^Tic.JOs 无铅压电陶瓷粉体。该粉体的 XRD 图谱见 图7。利用本实施例制备的(！^仍…知棚山、.^^、.^) (Nb0.9504Sb0.0396Ti0.01)03无铅压电 陶瓷粉体经传统的陶瓷制备工艺制得(KQ.4752Naa48(l2Li 0. 0396^10. 005) (Nb0. 9504Sb0. 0396丁士0. 0l)〇3 无 铅压电陶瓷，按常规方法对其进行电学性能测试，结果见表4。表4.经实施例4制得的陶瓷样品的电学性能测试结果 实施例5 (1)以 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20、Bi203、Ti02、Nb205 和 Sb203 为原料，按照化学 (K0.4752N&o.48Lio.o4Bi0.0048) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096 )03的化学计量比称量进行配料，其中Ti02、
Nb205和Sb203的粒径均为0. 5微米，Bi203的粒径为1微米。(2)在搅拌条件下将K2C03、Na2C03和CH3C00Li -2H20溶于水中，形成均一稳定的阳 离子的总浓度为0. 5mol/L的溶液，作为包覆相。(3)将称量好的Bi203、Ti02、Nb205和Sb203作为被包覆相，与上述包覆相混合后振 荡均勻，制得混合悬浮液。(4)将混合悬浮液在均勻搅拌的条件下，送入喷雾干燥器的离心喷头，将混合悬浮 液高速离心雾化，使包覆相包覆于被包覆相的颗粒表面，并在温度为250°C、速度为120m/s 的气流下干燥，经旋风分离器和袋式除尘器收集，得到混合物粉末。(5)将上述混合物粉末在850°C下保温煅烧3小时，制得礼侧妝。^!^.』、。^) (Nb0. 9504Sb0. 04TI0. 0096 )03无铅压电陶瓷粉体。利用本实施例制备的(K
0. 4752^0. 48^10. 04^10. 0048) (NbQ 9504§匕0. 04丁土0. 0096
)03无铅压电陶
瓷粉体经传统的陶瓷制备工艺制得(Ka^Na^Li。， Bio. 0048) (Nb0. 9504Sb0. 04TI0. 0096
)03无铅压
电陶瓷，按常规方法对其进行电学性能测试，结果见表5。该陶瓷样品在10kHz条件下的介 电-温度曲线图和在10Hz条件下的电滞回线图分别见图8和图9。表5.经实施例5制得的陶瓷样品的电学性能测试结果
实施例6 (1)以 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20、C4H6Mn04 4H20、Bi203、Ti02、Nb205 和 Sb203 为
原料，按照化学式 (K〇.4752^0. 48[土0. 04^10. 0048) (NbQ 9504§匕0. 04丁土0. 0096
)03+0.4%Mn0的化学计量比 称量进行配料，其中Ti02、Nb205和Sb203的粒径均为0. 5微米，Bi203的粒径为1微米。
(2)在搅拌条件下将 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20 和 C4H6Mn04 4H20 溶于水中，形 成均一稳定的阳离子的总浓度为lmol/L的溶液，作为包覆相。(3)将称量好的Bi203、Ti02、Nb205和Sb203作为被包覆相，与上述包覆相混合后振 荡均勻，制得混合悬浮液。(4)将混合悬浮液在均勻搅拌的条件下，送入喷雾干燥器的离心喷头，将混合悬浮 液高速离心雾化，使包覆相包覆于被包覆相的颗粒表面，并在温度为250°C、速度为120m/s 的气流下干燥，经旋风分离器和袋式除尘器收集，得到混合物粉末。(5)将上述混合物粉末在800°C下保温煅烧4小时，制得(K^mNa^LigBi。.—) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+0. 4% MnO 无铅压电陶瓷粉体。利用本实施例制备的礼卿妝^山‘浙。.—)(Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096)03+0 . 4%MnO无 铅压电陶瓷粉体经传统的陶瓷制备工艺制得(Ka.NacLic Bio. 0048) (Nb0. 9504Sb0. 04TI0. 0096) O3+O. 4% MnO无铅压电陶瓷，按常规方法对其进行电学性能测试，结果见表6。表6.经实施例6制得的陶瓷样品的电学性能测试结果 实施例7 (1)以 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20、C4H6Mn04 4H20、Y203、Nb205 和 Sb203 为原料， 按照化学式 (K〇.4776^0. 4776^10. 0398Yo. 005) (Nb0. 9552SbQ_ 0398Mll0. 005 )03的化学计量比称量进行配料， 其中Nb205和Sb203的粒径均为0. 5微米，Y203的粒径为1. 2微米。 (2)在搅拌条件下将 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20 和 C4H6Mn04 4H20 溶于水中，形 成均一稳定的阳离子的总浓度为lmol/L的溶液，作为包覆相。(3)将称量好的Nb205、Sb203和Y203作为被包覆相，加入到上述包覆相中，混合振荡 均勻，制得混合悬浮液。(4)将混合悬浮液在均勻搅拌的条件下，送入喷雾干燥器的离心喷头，将混合悬浮 液高速离心雾化，使包覆相包覆于被包覆相的颗粒表面，并在温度为200°C、速度为100m/S 的气流下干燥，经旋风分离器和袋式除尘器收集，得到混合物粉末。(5)将上述混合物粉末在850 °C下保温煅烧3小时，制得(Ka 4776Na0.4776Li0. _YQ. 005) (Nb0.9552Sb0.0398Mn0.005) 03 无铅压电陶瓷粉体。利用本实施例制备的(K0 .4776^0. 4776^10. 0398^0. 005) (Nb0. 9552§^)0. 0398^0. 005
)03无铅压电陶瓷粉体经传统的陶瓷制备工艺制得(K 0. 4776^0. 4776^10. 0398^0. 005) (Nb0. 9552§^)0. 0398^0.〇05
)03无铅压
电陶瓷，按常规方法对其进行电学性能测试，结果见表7。该陶瓷样品在10kHz条件下的介 电-温度曲线图见图10。 表7.经实施例7制得的陶瓷样品的电学性能测试结果 实施例8 (1)以 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20、Cu (N03) 2 3H20、Bi203、Ti02、Nb205 和 Sb203 为
原料，按照化学式 (K〇.4752^0. 48[土0. 04^10. 0048) (NbQ 9504§匕0. 04丁土0. 0096
)03+1.0% CuO的化学计量比 称量进行配料，其中Ti02、Nb205和Sb203的粒径均为0. 5微米，Bi203的粒径为1微米。(2)在搅拌条件下将 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20 和 Cu (N03) 2 3H20 溶于水中，形 成均一稳定的阳离子的总浓度为4mol/L的溶液，作为包覆相。(3)将称量好的Bi203、Ti02、Nb205和Sb203作为被包覆相，加入到上述包覆相中，混 合振荡均勻，制得混合悬浮液。(4)将混合悬浮液在均勻搅拌的条件下，送入喷雾干燥器的离心喷头，将混合悬浮 液高速离心雾化，使包覆相包覆于被包覆相的颗粒表面，并在温度为200°C、速度为100m/S 的气流下干燥，经旋风分离器和袋式除尘器收集，得到混合物粉末。(5)将上述混合物粉末在780°C下保温煅烧4小时，制得(K^mNa^Li^BiQ.ocJ (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+l. 0% CuO 无铅压电陶瓷粉体。利用本实施例制备的礼卿妝^！^⑶‘帽)(Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+l. 0% CuO无 铅压电陶瓷粉体经传统的陶瓷制备工艺制得(Ka.NacLic Bio. 0048) (Nb0. 9504Sb0. 04TI0. 0096) O3+I. 0% CuO无铅压电陶瓷，按常规方法对其进行电学性能测试，结果见表8。表8.经实施例8制得的陶瓷样品的电学性能测试结果 实施例9:(1)以 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20、C4H6Mn04 4H20、Cu (N03) 2 3H20、Bi203、Ti02、
Nb205 和 Sb203 为原料，按照化学式(K0.4752Na0.48Li0.04Bi0.0048) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+l. 0 % Cu0+0. 2% MnO的化学计量比称量进行配料，其中Ti02、Nb205和Sb203的粒径均为0. 5微米， Bi203的粒径为1微米。(2)在搅拌条件下将 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20,C4H6Mn04 *4H20 和 Cu (N03) 2 '3H20 溶于水中，形成均一稳定的阳离子的总浓度为4mol/L的溶液，作为包覆相。(3)将称量好的Bi203、Ti02、Nb205和Sb203作为被包覆相，加入到上述包覆相中，混 合振荡均勻，制得混合悬浮液。(4)将混合悬浮液在均勻搅拌的条件下，送入喷雾干燥器的离心喷头，将混合悬浮液高速离心雾化，使包覆相包覆于被包覆相的颗粒表面，并在温度为200°C、速度为80m/s 的气流下干燥，经旋风分离器和袋式除尘器收集，得到混合物粉末。(5)将上述混合物粉末在800°C下保温煅烧3小时，制得(K^mNa^LigBi。.—) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+l. 0% Cu0+0. 2% MnO 无铅压电陶瓷粉体。利用本实施例制备的(K0.4752Na0.48Li0.04Bi0.0048)(Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+l. 0 % Cu0+0. 2 % MnO无铅压电陶瓷粉体经传统的陶瓷制备工艺制得(Ka 4752Na(1.&、』、_) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+l. 0% Cu0+0. 2% MnO无铅压电陶瓷，按常规方法对其进行电学性能 测试，结果见表9。该陶瓷样品在10kHz条件下的介电一温度曲线图见图11。表9.经实施例9制得的陶瓷样品的电学性能测试结果 通式(K^NauLivAj (Nb^^Sb^J 03 或軋^恥山！人)(Nb^Sb^) 03+aMa0e 中的 元素A可以为Li、Na、K、kg、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cu、Bi、La或Y中的一种或一种以上，元素 H 可以为 Al、Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、&、Mo、Tc、Sn、Pr、Pu、Th、Hf、Ge、Sb、Te、 Ta 或 W 中的一种或一种以上，元素 M 可以为 Li、Na、K、kg、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cu、Bi、La、Y、 Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Zr、Mo、Tc、Sn、Pr、Pu、Th、Hf、Ge、Sb、Te、Ta、ff 中的一 种或一种以上。含K化合物除1(20)3以外，还可以采用碳酸氢钾、硝酸钾、甲酸钾、醋酸钾、草 酸钾、柠檬酸钾、乙醇钾、叔丁醇钾、苯酚钾、乙炔钾或氢氧化钾。含Na化合物除Na2C03以 外，还可以采用碳酸氢钠、硝酸钠、甲酸钠、醋酸钠、草酸钠、柠檬酸钠、乙醇钠、叔丁醇钠、苯 酚钠、乙炔钠或氢氧化钠。
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权利要求
一类铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体，其特征在于该陶瓷粉体的化学通式为(K1-u-vNauLivAw)(Nb1-n-wSbnHw)O3或(K1-u-vNauLivAw)(Nb1-n-wSbnHw)O3+a MαOβ，式中，u、v、w、n分别表示相应的元素在该化学组成中所占的摩尔数，0.4≤u≤0.6，0≤v≤0.1，0≤w≤0.1，0≤n≤0.1，a为氧化物MαOβ所占的摩尔百分比，0≤a≤0.1，α＝1，2或3，β＝1，2，3，4或5，A为Li、Na、K、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cu、Bi、La或Y中的一种或一种以上，H为Al、Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Zr、Mo、Tc、Sn、Pr、Pu、Th、Hf、Ge、Sb、Te、Ta或W中的一种或一种以上，M为Li、Na、K、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cu、Bi、La、Y、Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Zr、Mo、Tc、Sn、Pr、Pu、Th、Hf、Ge、Sb、Te、Ta、W中的一种或一种以上。
2.根据权利要求1所述的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体的制备方法，其特征在于该 粉体的粒径不超过3 ym。
3.—种权利要求1所述的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体的制备方法，其特征在于包括 以下步骤(1)按权利要求1所述通式的化学计量比，称取各元素相应的化合物作为原料，原料中 含K、Na或Li的化合物为可溶性化合物，含Nb或Sb的化合物为不溶于水或难溶于水的化 合物粉末，含A或H的化合物为可溶性化合物或者为不溶于水或难溶于水的化合物粉末，含 M的化合物为可溶性含氧化合物或者为不溶于水或难溶于水的含氧化合物粉末；所述不溶 于水或难溶于水的化合物粉末或者含氧化合物粉末的粒径不超过2微米；(2)将步骤(1)所选原料中可溶性的原料溶解于水中，使之形成均一稳定的溶液，作为 包覆相；(3)将步骤(1)所选原料中不溶于水或难溶于水的原料作为被包覆相，与包覆相混合 后振荡均勻，得到混合悬浮液；(4)将混合悬浮液在搅拌条件下，送入喷雾干燥器中高速离心雾化，使包覆相包覆于被 包覆相的颗粒表面，并在气流下于200 300°C干燥，经旋风分离器和袋式除尘器收集，制 得至少含K、Na、Nb元素的混合物粉末；(5)将上述混合物粉末在700 950°C下保温煅烧2 5小时，制得铌酸钾钠基无铅压 电陶瓷粉体。
4.根据权利要求3所述的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体的制备方法，其特征在于步 骤(1)中所述含K化合物为碳酸钾、碳酸氢钾、硝酸钾、甲酸钾、醋酸钾、草酸钾、柠檬酸钾、 乙醇钾、叔丁醇钾、苯酚钾、乙炔钾或氢氧化钾中的任一种；含Na化合物为碳酸钠、碳酸氢 钠、硝酸钠、甲酸钠、醋酸钠、草酸钠、柠檬酸钠、乙醇钠、叔丁醇钠、苯酚钠、乙炔钠或氢氧化 钠中的任一种。
5.根据权利要求3所述的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体的制备方法，其特征在于将 步骤(1)所选原料中可溶性的原料溶解于水中，使之形成均一稳定的阳离子的总浓度为 0. 1 4mol/L的溶液，作为包覆相。
6.根据权利要求3所述的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体的制备方法，其特征在于步 骤⑷中所述气流的流速为50 150m/s。
全文摘要
本发明公开了一类铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体及其制备方法。该粉体的化学通式为(K1-u-vNauLivAw)(Nb1-n-wSbnHw)O3或(K1-u-vNauLivAw)(Nb1-n-wSbnHw)O3+a MαOβ。其制备方法是将至少包括可溶性的含K化合物和含Na化合物的可溶性原料溶于水中，形成均一稳定的溶液，作为包覆相；将不溶于水或难溶于水的至少包括含Nb化合物粉末的原料作为被包覆相，与包覆相混合，制得混合悬浮液，经喷雾干燥，得到相应的混合物粉末，再经煅烧，制得铌酸钾钠基无铅压电陶瓷粉体。本发明的压电陶瓷粉体组分分布均一性好，粒径小、分布均匀，且工艺条件简单可控、效率高、能耗低、污染小、适宜工业化连续生产。
文档编号C04B35/626GK101857436SQ201010203300
公开日2010年10月13日 申请日期2010年6月12日 优先权日2010年6月12日
发明者刘甜甜, 刘益雄, 张国喜, 李桧林, 黄焱球 申请人:中国地质大学(武汉)