一种无铅压铁电陶瓷及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种无铅压铁电陶瓷及其制备方法，属于陶瓷加工【技术领域】，其中各组分的重量份为Nb2O5 30～60份、Na2CO3 20～40份、CaCO315～30份、K2CO31～10份、CuO 1~10份、KCl 1~10份、SrCO3 1~5份，其制备方法为先制备得到纯相的NaNb03和SrNb206粉，将其与剩余组分混合制备出陶瓷粉体，再经造粒、干压成型、烧结、被银、检测后制得无铅压铁电陶瓷成品；该无铅压铁电陶瓷不含有害物质，且原料成本低廉，对环境无污染。
【专利说明】一种无铅压铁电陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电陶瓷及其制备方法，具体涉及一种无铅压铁电陶瓷及其制备方法，属于陶瓷加工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前，主宰压铁电材料市场的是以Pb(Zrxri|_x)03(PZT)为基的二元系及多元系压铁电陶瓷材料体系。PZT基压铁电陶瓷的应用己经涉及到人类社会生活中的各个方面，然而这些材料中，PbO (或Pb304)约占原料总质量的70%，PbO溶点为886 V，在溶点以上会快速挥发，且毒性很大，所以含铅材料在制备和使用过程中会给环境造成污染，给生物和人类健康带来很大危害。铅如果被人体吸收过多，浓度越来越大的话，会影响到人类的智力发育和神经行为。如果吸入铅过多，还会引发铅中毒，导致死亡。随着全社会人类对环境保护问题的重视，含铅压铁电材料在日本、欧盟等许多国家被法律明确禁止。另一方面，由于受全球铅资源存量的限制，根据有关权威部门估算，预计在未来20到30年的时间内全球的铅资源将耗尽。
[0003]所以近年来，随着世界各国对环境保护的重视以及人类社会可持续发展的需求，先进国家正在酝酿立法禁止使用含铅的压铁电材。因此，采用无铅的压铁电陶瓷材料来替代传统的铅基压铁电陶瓷材料，以减少环境污染，就成为压铁电陶瓷发展的趋势，开发新一代无铅压铁电陶瓷材料已成为紧迫需求。
[0004]目前，研宄较多的无铅压铁电陶瓷体系主要有:(1) BaT13基无铅压铁电陶瓷；
(2)Bia5Naa5T13基无铅压铁电陶瓷；(3)碱金属铜酸盐系无铅压铁电陶瓷；(4)秘层状结构无铅压铁电陶瓷；(5)钨青铜结构银酸盐无铅压铁电陶瓷。
[0005]无铅压铁电陶瓷体系在近些年来虽然获得了广泛关注和大量研宄，但其电性能与含铅陶瓷体系相比，无铅压铁电陶瓷体系其电性能较低，与实际应用还存在着很大的差距，从而限制其应用化。近些年来，国内外学者用以提高无铅压铁电陶瓷的电性能的方法主要集中在调节组分的微观结构和控制材料体系的宏观结构设计方面。一般来说，引入新组元来设计新型二元或三元体系，通过掺杂取代和添加助烧剂的手段，可以调整陶瓷的组分来获得多相共存的材料体系，从而调整陶瓷内部的微观极化状态，，即通过增加其极化状态的数目来达到调节或改变功能陶瓷宏观性能的目的。
[0006]人们渴望通过宏观设计陶瓷材料的结构，来获取具有类似单晶优势方向压电性能的新型陶瓷材料，从而提高材料的综合性能，并加快这些材料在人们生活中的应用步伐。试设想，如果无铅压铁电陶瓷其宏观定向技术制备成本较低，并且性能可以接近压电单晶，那么就能有效地降低生产成本、节约能源、保护环境，还可以大幅度地增加材料生产的可重复性，从而使其应用拓宽到更广阔的领域中。通过外界各种不同条件的影响(如力、热、电、磁等)，使陶瓷中的各晶粒沿着某些方向定向排列，或在这些方向上出现取向几率增大的现象，形成织构化的趋势，称为择优生长。陶瓷晶粒沿着某一方向择优取向生长获得织物结构和纹理，称之为织构化陶瓷。压铁电织构陶瓷可望具有类似同组分单晶的压铁电性能，是实现材料宏观结构设计与剪裁的实例，它生产成本低，节约能源，保护环境，材料生产的可重复性好。
[0007]200910027302.7公开了本发明公开了一种无铅压电陶瓷，其化学式为(1-X)B1.5NA0.5T103-XB10.8LA0.2FE03，式中0.0125彡X彡0.0625，但其对工艺和原料成分没有规定；本发明以Nb2O5、Na2CO3、CaC03、K2C03、CuO, KCl, SrCO^为原料，开发出一种不含有害物质，且原料成本低廉，对环境无污染的无铅压铁电陶瓷。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种无铅压铁电陶瓷，该无铅压铁电陶瓷不含有害物质，且原料成本低廉，对环境无污染。
[0009]为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是:
一种无铅压铁电陶瓷，由下列重量份的组分组成:
Nb2O5 30 ?60 份、Na2CO3 20 ?40 份、CaCO315 ?30 份、K2CO3I ?10 份、CuO 1-10 份、KCl 1~10 份、SrCO3 1~5 份。
[0010]Nb2O5 30 ?35 份、Na2CO3 20 ?25 份、CaCO315 ?20 份、K2C032 ?3 份、CuO 2-3份、KCl 3?4份、SrCO3 I?2份。
[0011]Nb2O5 35 ?40 份、Na2CO3 25 ?30 份、CaC0320 ?25 份、K2C033 ?5 份、CuO 4-5份、KCl 5?6份、SrCO3 2?3份。
[0012]Nb2O5 40 ?45 份、Na2CO3 30 ?35 份、CaC0325 ?30 份、K2C034 ?6 份、CuO 8-10份、KCl 1-4 份、SrC034~5 份。
[0013]Nb2O5 45 ?50 份、Na2CO3 35 ?40 份、CaCO315 ?25 份、K2C036 ?8 份、CuO 3-5份、KCl 4~6 份、SrCO3 2~4 份。
[0014]Nb2O5 50 ?60 份、Na2CO3 20 ?35 份、CaCO318 ?20 份、K2C034 ?6 份、CuO 3-6份、KCl 6-8 份、SrCO3 4-5 份。
[0015]一种无铅压铁电陶瓷的制备方法，包括如下步骤:
按比例称取Nb2O5、Na2COjP SrCO3将其混合后在无水乙醇介质中用行星球磨机球磨16h，将湿料在烘箱中于80°C烘干10 h得到原料粉，随后将原料粉放在敞口的刚玉坩祸中，在马弗炉中进行合成反应制备所需粉体，合成条件分别为780°C保温3 h和1100°C保温4h即得到纯相的NaNbOjP SrNb 206粉；按比例将CuO、CaCO、NaNbO 3和SrNb 206混合后，用行星球磨机在聚乙烯球磨罐中混合磨料18 h，将球磨后的湿料置于烘箱中于80°C烘干。将干粉磨细后，放在带盖的琳锅中，于1140~1220°C预烧6h便可获得陶瓷粉体；往磨细的预烧陶瓷粉体中加入5.0 wt.%的PVA进行造粒，在100 MPa下干压成型后，置于马弗炉中在500°C下排胶来除去粘合剂，然后把样品在空气中于1300~1420°C下烧结4h，烧结后的样品经过打磨抛光、清洗、烘干，在两面涂敷银浆，于850°C烧渗银电极，被银后的陶瓷样品再进行介电性能和铁电性能的测试，测试合格后即得到无铅压铁电陶瓷成品。
[0016]本发明相对于现有技术的有益效果是:
本发明制备出的无铅压铁电陶瓷不含有害物质，且原料成本低廉，对环境无污染。
【具体实施方式】
[0017]下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。
[0018]实施例1
一种无铅压铁电陶瓷，由下列重量份的组分组成:
Nb2O5 30 份、Na2CO3 20 份、CaC0315 份、K2C034 份、CuO 4 份、KCl 4 份、SrCO3 4 份。
[0019]其制备方法，包括以下步骤:
按比例称取Nb2O5、Na2COjP SrCO3将其混合后在无水乙醇介质中用行星球磨机球磨16h，将湿料在烘箱中于80°C烘干10 h得到原料粉，随后将原料粉放在敞口的刚玉坩祸中，在马弗炉中进行合成反应制备所需粉体，合成条件分别为780°C保温3 h和1100°C保温4h即得到纯相的NaNbOjP SrNb 206粉；按比例将CuO、CaCO、NaNbO 3和SrNb 206混合后，用行星球磨机在聚乙烯球磨罐中混合磨料18 h，将球磨后的湿料置于烘箱中于80°C烘干。将干粉磨细后，放在带盖的琳锅中，于1140°C预烧6h便可获得陶瓷粉体；往磨细的预烧陶瓷粉体中加入5.0 wt.%的PVA进行造粒，在100 MPa下干压成型后，置于马弗炉中在500°C下排胶来除去粘合剂，然后把样品在空气中于1300 °C下烧结4h，烧结后的样品经过打磨抛光、清洗、烘干，在两面涂敷银浆，于850°C烧渗银电极，被银后的陶瓷样品再进行介电性能和铁电性能的测试，测试合格后即得到无铅压铁电陶瓷成品。
[0020]实施例2
一种无铅压铁电陶瓷，由下列重量份的组分组成:
Nb2O5 40 份、Na2CO3 25 份、CaC0320 份、K2C035 份、CuO 5 份、KCl 5 份、SrCO3 3 份。
[0021]其制备方法，包括以下步骤:
按比例称取Nb2O5、Na2COjP SrCO3将其混合后在无水乙醇介质中用行星球磨机球磨16h，将湿料在烘箱中于80°C烘干10 h得到原料粉，随后将原料粉放在敞口的刚玉坩祸中，在马弗炉中进行合成反应制备所需粉体，合成条件分别为780°C保温3 h和1100°C保温4h即得到纯相的NaNbOjP SrNb 206粉；按比例将CuO、CaCO、NaNbO 3和SrNb 206混合后，用行星球磨机在聚乙烯球磨罐中混合磨料18 h，将球磨后的湿料置于烘箱中于80°C烘干。将干粉磨细后，放在带盖的琳锅中，于1150°C预烧6h便可获得陶瓷粉体；往磨细的预烧陶瓷粉体中加入5.0 wt.%的PVA进行造粒，在100 MPa下干压成型后，置于马弗炉中在500°C下排胶来除去粘合剂，然后把样品在空气中于1400 °C下烧结4h，烧结后的样品经过打磨抛光、清洗、烘干，在两面涂敷银浆，于850°C烧渗银电极，被银后的陶瓷样品再进行介电性能和铁电性能的测试，测试合格后即得到无铅压铁电陶瓷成品。
[0022]实施例3
一种无铅压铁电陶瓷，由下列重量份的组分组成:
Nb2O5 50 份、Na2CO3 30 份、CaC0325 份、K2C036 份、CuO 6 份、KCl 6 份、SrCO3 2 份。
[0023]其制备方法，包括以下步骤:
按比例称取Nb2O5、Na2COjP SrCO3将其混合后在无水乙醇介质中用行星球磨机球磨16h，将湿料在烘箱中于80°C烘干10 h得到原料粉，随后将原料粉放在敞口的刚玉坩祸中，在马弗炉中进行合成反应制备所需粉体，合成条件分别为780°C保温3 h和1100°C保温4h即得到纯相的NaNbOjP SrNb 206粉；按比例将CuO、CaCO、NaNbO 3和SrNb 206混合后，用行星球磨机在聚乙烯球磨罐中混合磨料18 h，将球磨后的湿料置于烘箱中于80°C烘干。将干粉磨细后，放在带盖的琳锅中，于1220°C预烧6h便可获得陶瓷粉体；往磨细的预烧陶瓷粉体中加入5.0 wt.%的PVA进行造粒，在100 MPa下干压成型后，置于马弗炉中在500°C下排胶来除去粘合剂，然后把样品在空气中于1320°C下烧结4h，烧结后的样品经过打磨抛光、清洗、烘干，在两面涂敷银浆，于850°C烧渗银电极，被银后的陶瓷样品再进行介电性能和铁电性能的测试，测试合格后即得到无铅压铁电陶瓷成品。
[0024]实施例4
一种无铅压铁电陶瓷，由下列重量份的组分组成:
Nb2O5 60 份、Na2CO3 40 份、CaC0330 份、K2C038 份、CuO 8 份、KCl I?10 份、SrCO3 5 份。
[0025]其制备方法，包括以下步骤:
按比例称取Nb2O5、Na2COjP SrCO3将其混合后在无水乙醇介质中用行星球磨机球磨16h，将湿料在烘箱中于80°C烘干10 h得到原料粉，随后将原料粉放在敞口的刚玉坩祸中，在马弗炉中进行合成反应制备所需粉体，合成条件分别为780°C保温3 h和1100°C保温4h即得到纯相的NaNbOjP SrNb 206粉；按比例将CuO、CaCO、NaNbO 3和SrNb 206混合后，用行星球磨机在聚乙烯球磨罐中混合磨料18 h，将球磨后的湿料置于烘箱中于80°C烘干。将干粉磨细后，放在带盖的琳锅中，于1200°C预烧6h便可获得陶瓷粉体；往磨细的预烧陶瓷粉体中加入5.0 wt.%的PVA进行造粒，在100 MPa下干压成型后，置于马弗炉中在500°C下排胶来除去粘合剂，然后把样品在空气中于1400 °C下烧结4h，烧结后的样品经过打磨抛光、清洗、烘干，在两面涂敷银浆，于850°C烧渗银电极，被银后的陶瓷样品再进行介电性能和铁电性能的测试，测试合格后即得到无铅压铁电陶瓷成品。
【权利要求】
1.一种无铅压铁电陶瓷，其特征在于:由下列重量份的组分组成: Nb205 30 ?60 份、Na2C03 20 ?40 份、CaC0315 ?30 份、K2C031 ?10 份、CuO 1-10 份、KC1 1~10 份、SrC03 1~5 份。
2.一种无铅压铁电陶瓷，其特征在于:由下列重量份的组分组成:
Nb205 30 ?35 份、Na2C03 20 ?25 份、CaC0315 ?20 份、K2C032 ?3 份、CuO 2-3 份、KC13?4份、SrC03 1?2份。
3.一种无铅压铁电陶瓷，其特征在于:由下列重量份的组分组成:
Nb205 35 ?40 份、Na2C03 25 ?30 份、CaC0320 ?25 份、K2C033 ?5 份、CuO 4-5 份、KC15-6份、SrC03 2-3 份。
4.一种无铅压铁电陶瓷，其特征在于:由下列重量份的组分组成: Nb205 40 ?45 份、Na2C03 30 ?35 份、CaC0325 ?30 份、K2C034 ?6 份、CuO 8-10 份、KC1 1~4 份、SrC034~5 份。
5.一种无铅压铁电陶瓷，其特征在于:由下列重量份的组分组成:
Nb205 45 ?50 份、Na2C03 35 ?40 份、CaC0315 ?25 份、K2C036 ?8 份、CuO 3-5 份、KC14~6 份、SrC03 2~4 份。
6.一种无铅压铁电陶瓷，其特征在于:由下列重量份的组分组成:
Nb205 50 ?60 份、Na2C03 20 ?35 份、CaC0318 ?20 份、K2C034 ?6 份、CuO 3-6 份、KC16-8份、SrC03 4-5 份。
7.一种无铅压铁电陶瓷的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: 按上述比例称取Nb205、Na2C0jP SrCO 3，将其混合后在无水乙醇介质中用行星球磨机球磨16 h，将湿料在烘箱中于80°C烘干10 h得到原料粉，随后将原料粉放在敞口的刚玉坩祸中，在马弗炉中进行合成反应制备所需粉体，合成条件分别为780°C保温3 h和1100°C保温4h即得到纯相的NaNb0#P SrNb 206粉；按比例将CuO、CaC0、NaNb0 3和SrNb 206混合后，用行星球磨机在聚乙烯球磨罐中混合磨料18 h，将球磨后的湿料置于烘箱中于80°C烘干；将干粉磨细后，放在带盖的琳锅中，于1140~1220°C预烧6h便可获得陶瓷粉体；往磨细的预烧陶瓷粉体中加入5.0 wt.%的PVA进行造粒，在100 MPa下干压成型后，置于马弗炉中在.500 V下排胶来除去粘合剂，然后把样品在空气中于1300~1420 V下烧结4h，烧结后的样品经过打磨抛光、清洗、烘干，在两面涂敷银浆，于850°C烧渗银电极，被银后的陶瓷样品再进行介电性能和铁电性能的测试，测试合格后即得到无铅压铁电陶瓷成品。
【文档编号】C04B35/622GK104496472SQ201410713177
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】黄朝阳 申请人:佛山铭乾科技有限公司