专利名称：一种铌酸钾钠无铅压电铁电陶瓷的制备方法
技术领域：
本发明涉及功能陶瓷环境友好型材料领域。
技术背景
环境保护一直是人类发展过程中的一个重大课题，随着电子技术与功能材料的发 展，环境友好型、资源节约型的材料越来越受到广泛的关注，无铅压电铁电电容器瓷因其潜 在的广泛应用前景、对环境和健康无污染等优点得到重视和发展。目前无铅压电铁电材料 主要包括BaTiO3基、BiNaTiO3基、铌酸盐类以及铋层状钙钛矿类无铅材料，其中铌酸盐类如 NaNbO3^ KNb03、LiNbO3及其固溶体因其高的电极化强度、高的居里温度、优异的压电铁电介 电性能被瞩目。
铌酸钾钠NahKxNbO3是由KNbO3和NaNbO3形成的固溶体，其中KNbO3为室温铁电 体，而NaNbO3为室温反铁电体，当固溶体中KNbO3的量超过0. 6%时即可始终表现为铁电体 材料，测量其铁电和压电性能时发现，在χ = 0. 5附近有类似于准同型相界的最大压电常 数，早期报道Naa5Ka5NbO3压电常数d33可达上百，在Nai_xKxNb03固溶体中掺杂(如Li、Ta、 Sb等)改性后，Y. Saito等人(《Nature》，2004年第432期，84-87页)获得了高达416pC/ N的压电常数d33，可与PZT基压电陶瓷比拟，使铌酸盐无铅压电陶瓷取代含铅压电陶瓷成 为可能；此外人们围绕Nai_xKxNb03及其固溶体的结构转变、电学性能以及可能的器件设计 开发等也做了广泛大量的研究。
目前生产制备Nai_xKxNb03基材料的主要方法为固相反应法，以氧化物或碳酸盐为 原料，在长时间球磨后用高压(如300Mp)或等静压等成型工艺，在1150°C以上或等离子 放电烧结成瓷，得到的陶瓷致密度高、压电性能好；但以常规压强(如30Mp)或低温常规烧 结(马弗炉)的Nai_xKxNb03陶瓷样品致密度低、压电性能差，苛刻的制备条件无疑会限制 Nai_xKxNb03基陶瓷的发展和应用。另外在薄膜或厚膜工艺中，原料一般要求可溶性好或可形 成均勻溶胶以便成膜，所以研究以可溶性原料制备Nai_xKxNb03基压电陶瓷并研究其电学性 能具有重要意义。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无铅压电铁电陶瓷Nai_xKxNb03的低温常压 完全液相制备方法，该制备方法得到的Nai_xKxNb03陶瓷，具有由固相反应法生成的同类陶瓷 相当的电学性能。
为解决上述技术问题，本发明提出一种Nai_xKxNb03无铅压电铁电陶瓷的制备方法， 其特征在于，该制备方法包括以下步骤
步骤1)室温下，将柠檬酸放入烧杯中，加入去离子水，在超声波分散下溶解形成 柠檬酸水透明溶液；然后加入分析纯的硝酸钠、硝酸钾、草酸铌，磁力搅拌分散促使溶解，形 成透明溶液，用氨水调节PH值为4 5，金属离子的总浓度为0. 3 lmol/L，分析纯的硝酸 钠、硝酸钾、草酸铌作为Na、K和Nb的离子源，柠檬酸作为络合剂，Na、K、Nb三者的摩尔比为(1-x) χ 1，其中，0<χ<1，柠檬酸的摩尔比与上述三种金属离子的摩尔和之比为 1 1 1 1. 5 ；
步骤2)用80°C 100°C的水浴将溶液蒸干去除水分，然后在烘箱中130°C 160°C干燥，直至形成黑色干凝胶；
步骤幻将所述干凝胶研磨，在空气中500°C 600°C热处理排除有机物得到前驱 粉体；然后将前驱粉体研磨均勻，以20Mp--40Mp压力压制成片，以800-1100°C的温度烧结 1-2小时，得到Na^KxNbO3陶瓷。
进一步的，将步骤3)得到的NahKxNbO3陶瓷焙烧银电极，并在160°C硅油中以 20-30kV/cm的电压极化10-20min，得到极化的Nai_xKxNb03陶瓷。
本发明的制备方法具有以下优点
(1)完全液相法可以有效避免引入杂质，且能一步合成，制备工艺简单、快捷，环保无毒，无需还原气氛。
(2)传统工艺一般采用长时间球磨，且采用高压压制、高温烧结或等静压、等离子 放电烧结等陶瓷成型技术。本发明的制备方法采用常压压制，且烧结温度降低了约150°C， 是一种很好的低温陶瓷烧结工艺，有效节约能源和生产成本。
(3)在避免K、Na元素的挥发同时，形成的陶瓷致密度高，颗粒均勻，陶瓷具有高致 密度，压电、铁电性能优异等特性，是一种具有广阔应用前景的无铅铁电-压电电容器瓷。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明的技术方案作进一步具体说明。
图1为实施例制备烧结Nai_xKxNb03陶瓷样品的XRD图谱；
图2为实施例制备烧结Nai_xKxNb03陶瓷样品的场发射扫描电镜图(FSEM)；
图3为实施例制备烧结Nai_xKxNb03陶瓷样品的铁电电滞回线图(电极化强度_电 场 P-m ；
图4为实施例制备烧结Nai_xKxNb03陶瓷样品的相对介电常数ε ,、损耗角正切 tan δ与频率f的关系表1为实施例制备烧结Nai_xKxNb03陶瓷样品的压电常数d33、密度比例。
具体实施方式
权利要求
1.一种铌酸钾钠无铅压电铁电陶瓷的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤步骤1)室温下，将柠檬酸放入烧杯中，加入去离子水，在超声波分散下溶解形成柠檬酸 水透明溶液；然后加入分析纯的硝酸钠、硝酸钾、草酸铌，磁力搅拌分散促使溶解，形成透明 溶液，用氨水调节PH值为4 5，金属离子的总浓度为0. 3 lmol/L，分析纯的硝酸钠、硝酸 钾、草酸铌作为Na、K和Nb的离子源，柠檬酸作为络合剂，Na、K、Nb三者的摩尔比为(l-χ) X :1，其中，0 < X < 1，柠檬酸的摩尔比与上述三种金属离子的摩尔和之比为1 :1 1 :1. 5 ； 步骤2)用80°C 100°C的水浴将溶液蒸干去除水分，然后在烘箱中130°C 160°C干 燥，直至形成黑色干凝胶；步骤3)将所述干凝胶研磨，在空气中500°C 600°C热处理排除有机物得到前驱粉体； 然后将前驱粉体研磨均勻，以20 Mp-40 Mp压力压制成片，以800°C-1100°C的温度烧结1-2 小时，得到Nai_xKxNb03陶瓷。
2.根据权利要求1所述的铌酸钾钠无铅压电铁电陶瓷的制备方法，其特征在于，还包 括以下步骤将步骤3)得到的Nai_xKxNb03陶瓷焙烧银电极，并在160°C硅油中以20-30 kV/cm的电 压极化10-20min，得到极化的Na^KxNbO3陶瓷。
全文摘要
本发明公开了一种低温常压完全液相法制备铌酸钾钠无铅压电铁电陶瓷的方法，属于功能陶瓷环境友好型材料领域。本发明按Na1-xKxNbO3配料，利用柠檬酸为络合剂，以可溶性盐为原料，合成前驱粉料，然后在20MPa-40MPa压强下压片，烧结温度800-1000℃，即可得到高致密度纯相陶瓷，陶瓷铁电性压电性介电性能优异，工艺涉及混合原料、成型、烧结、焙银、极化等工艺步骤。本发明的优点在于通过完全液相法有效降低了铌酸钾钠无铅压电铁电陶瓷的烧结温度，并且在常规磨具压强下即可压制成型获得高致密度陶瓷，陶瓷颗粒发育均匀良好，且陶瓷电学性能优异，制备工艺具有简单、快捷、节能和无毒无环境污染等特点，有广泛的应用前景。
文档编号C04B35/495GK102030530SQ201010557569
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者田召明, 袁松柳, 霍绍新 申请人:华中科技大学