一种压电陶瓷及其制备方法和应用与流程

本发明涉及压电陶瓷领域，具体而言，涉及一种压电陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术：

1、压电陶瓷是一种能实现机械能与电能相互转换的重要的功能材料，在电子材料领域占据相当大的比重。近几年来，压电陶瓷在全球每年销售量按20％左右的速度增长。

2、目前占压电材料主导地位的是以锆钛酸铅(pzt)为基的陶瓷材料，然而铅是一种有毒的物质，而且挥发严重。铅基陶瓷在生产、使用和废弃处理过程中都给生态环境和人体造成很大的危害。因此，无铅压电陶瓷的研究和开发也逐步受到重视，目前，无铅压电陶瓷的研究主要集中在以下几个体系:铋层状结构陶瓷、钨青铜结构陶瓷、钛酸盐系列陶瓷和铌酸钾钠系列陶瓷。其中，铌酸钾钠(简称knn)基无铅压电陶瓷具有压电性能好、铁电性能好、居里温度高等特点，是一种优良的无铅压电材料，受到了研究者的广泛关注。

3、然而现有技术中铌酸钾钠(knn)基无铅压电陶瓷还存在致密性差、烧结温区窄以及材料性能不稳定的缺点，而且需要说明的是，现有技术中，因为knn基压电陶瓷的压电性能、机械品质因数和介电损耗等特征参数达不到平衡，以致于已经严重影响到knn基无铅压电陶瓷在众多领域的量产应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种压电陶瓷的制备方法，其能够克服压电陶瓷致密度差、烧结温区窄以及性能不稳定的缺点，同时也能够均衡压电陶瓷的压电性能、机械品质因数和介电损耗等特征参数，有助于其工业量产的应用。

2、本发明的另一目的是提供一种压电陶瓷，其是通过上述的压电陶瓷的制备方法制备所得，该压电陶瓷具备较佳的致密度、较宽的烧结温区、较低的介电损耗、较高的压电性能与机械品质因数以及良好的性能稳定性。

3、本发明的另一目的是提供一种压电陶瓷的应用，该应用是将上述提供的压电陶瓷应用在激光显示领域。

4、本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。

5、本发明提出一种压电陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：

6、选定原材料，根据化学式0.96[k0.48na0.52nb0.949li0.001sb0.05o3]-0.04[bi0.5(k0.15na0.85)0.5zr0.15hf0.85o3]-x％molcu2ta4o12进行计算和配料，得到第一原料，其中，所述x的取值范围为[0.25，1]；

7、对所述第一原料进行球磨处理后再进行预烧，得到第一产物；

8、对所述第一产物进行成型加工和排胶后，再依次进行烧结、被银电极和高压极化。

9、进一步地，在本发明提供的较佳实施例当中，上述化学式0.96[k0.48na0.52nb0.949li0.001sb0.05o3]-0.04[bi0.5(k0.15na0.85)0.5zr0.15hf0.85o3]-x％molcu2ta4o12中的所述cu2ta4o12所对应的原材料是通过以下方法制备：

10、根据cu2ta4o12的化学式进行计算和配料后，得到cu2ta4o12原料；

11、将所述cu2ta4o12原料依次进行球磨处理和预烧。

12、进一步地，在本发明较佳实施例当中，在对所述cu2ta4o12原料依次进行球磨处理和预烧时包括：

13、在所述cu2ta4o12原料中加入无水乙醇进行球磨，得到球磨原材料，其中，球磨时间为8～24h，转速150～500转/min；

14、对所述球磨原材料进行预烧，预烧温度800～950℃，保温时间3～6h。

15、进一步地，在本发明较佳实施例当中，上述x的取值范围为[0.5,1]。

16、进一步地，在本发明较佳实施例当中，上述x的取值为0.75。

17、进一步地，在本发明较佳实施例当中，上述第一原料进行所述球磨处理时，球磨时间为8～24h，转速为150～500转/min；再进行所述预烧时包括：在800～950℃温度下保温6～10h；

18、在对所述第一产物进行所述成型加工时包括：将所述第一产物进行研磨，并加入质量分数为5～12％的粘结剂聚乙烯醇溶液进行造粒，进而在模具中进行压力值为10～20mpa的压片。

19、进一步地，在本发明较佳实施例当中，在进行所述烧结时包括：先在烧结温度为1100～1200℃下保温1～15min，再降温至900～1030℃下保温3～25h，其中，所述降温的速度为5～20℃/min。

20、本发明还提出一种压电陶瓷，该压电陶瓷根据上述的压电陶瓷的制备方法制得。

21、进一步地，在本发明较佳实施例当中，上述压电陶瓷中na、k、cu、zr、nb、sb、hf、ta和bi元素在所述压电陶瓷中所占的质量百分比含量分别为6.94～7.95％、12.16～13.17％、0.09～0.66％、6.01～8.78％、55.93～59.04％、4.08～4.69％、4.33～5.72％、0.72～5.36％和1.58～2.14％。

22、本发明还提出一种如上述的压电陶瓷的应用，具体地是将上述压电陶瓷应用于激光显示技术领域。

23、本发明实施例提供的压电陶瓷及其制备方法和应用的有益效果是：

24、通过将k0.48na0.52nb0.949li0.001sb0.05o3、bi0.5(k0.15na0.85)0.5zr0.15hf0.85o3及cu2ta4o12进行合理的配置，使得本申请所提供的knnls-bknzh-x％mol cto压电陶瓷在制备过程中，可以同时实现降低烧结温度、拓宽烧结温区、提高压电陶瓷致密度、工艺稳定性和机械品质因数，以及降低介电损耗的技术效果，进而使得工艺量产稳定性和产品效果俱佳，因此本申请实施例提供的压电陶瓷及其制备方法具有重要的工业量产应用价值。

技术特征：

1.一种压电陶瓷的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述0.96[k0.48na0.52nb0.949li0.001sb0.05o3]-0.04[bi0.5(k0.15na0.85)0.5zr0.15hf0.85o3]-x％molcu2ta4o12中的所述cu2ta4o12所对应的原材料是通过以下方法制备：

3.根据权利要求2所述的压电陶瓷的制备方法，其特征在于，在对所述cu2ta4o12原料依次进行球磨处理和预烧时包括：

4.根据权利要求1-3任意一项所述的压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述x的取值范围为[0.5，1]。

5.根据权利要求4所述的压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述x的取值为0.75。

6.根据权利要求1所述的压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述第一原料进行所述球磨处理时，球磨时间为8～24h，转速为150～500转/min；再进行所述预烧时包括：在800～950℃温度下保温6～10h；

7.根据权利要求6所述的压电陶瓷的制备方法，其特征在于，在进行所述烧结时包括：先在烧结温度为1100～1200℃下保温1～15min，再降温至900～1030℃下保温3～25h，其中，所述降温的速度为5～20℃/min。

8.一种压电陶瓷，其特征在于，所述压电陶瓷根据权利要求1-7任意一项所述的压电陶瓷的制备方法制得。

9.根据权利要求8所述的压电陶瓷，其特征在于，所述压电陶瓷中na、k、cu、zr、nb、sb、hf、ta和bi元素在所述压电陶瓷中所占的质量百分比含量分别为6.94～7.95％、12.16～13.17％、0.09～0.66％、6.01～8.78％、55.93～59.04％、4.08～4.69％、4.33～5.72％、0.72～5.36％和1.58～2.14％。

10.一种如权利要求8或9所述的压电陶瓷的应用，其特征在于，所述压电陶瓷应用于激光显示技术领域。

技术总结
一种压电陶瓷及其制备方法和应用，其主要涉及压电陶瓷领域。本发明实施例提供的压电陶瓷制备方法通过将K<subgt;0.48</subgt;Na<subgt;0.52</subgt;Nb<subgt;0.949</subgt;Li<subgt;0.001</subgt;Sb<subgt;0.05</subgt;O<subgt;3</subgt;、Bi<subgt;0.5</subgt;(K<subgt;0.15</subgt;Na<subgt;0.85</subgt;)<subgt;0.5</subgt;Zr<subgt;0.15</subgt;Hf<subgt;0.85</subgt;O<subgt;3</subgt;及Cu<subgt;2</subgt;Ta<subgt;4</subgt;O<subgt;12</subgt;进行合理的配置，使得本申请所提供的KNNLS‑BKNZH‑x％molCTO压电陶瓷在制备过程中，可以同时实现降低烧结温度，拓宽烧结温区，提高压电陶瓷致密度、工艺稳定性和机械品质因数，以及降低介电损耗的技术效果，进而使得工艺量产稳定性和产品应用效果俱佳，因此，本发明实施例提供的压电陶瓷及其制备方法具有重要的工业量产应用价值。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：成都理想境界科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8