[0053](6)排胶:将步骤(5)得到的压片首先放在氧化铝的底板上再放在马弗炉中进行排胶，以每分钟2°C的升温速度从室温升温至600°C，并保温排胶5小时，然后自然冷却至室温;
[0054](7)烧结:将步骤(6)得到的压片首先装入氧化铝坩祸中然后放入马弗炉中进行烧结，以每分钟5°C的升温速度从室温升温至1150°C，并保温3小时，然后自然冷却至室温后即得到 0.99 (Ka48Naa52NbO3)-0.0lCuO 陶瓷片；
[0055](8)被银、烧银:将步骤(7)烧结后的0.99 (Ka48Naa52NbO3) -0.0lCuO陶瓷片进行清洁处理，即用30°C热水进行超声波清洗2分钟，再用50°C清水冲洗2分钟，在100°C条件下进行烘干，采用丝网印刷法进行披银(两面涂覆银浆)，然后在550°C下烧银30分钟，冷却至室温；
[0056](9)老化:将步骤⑶得到的0.99 (Ka48Naa52NbO3) -0.0lCuO陶瓷片置于80°C的干燥箱内进行老化，老化时间为14天；
[0057](10)极化:采用极化装置，在常温下，用直流4000伏极化电压下在硅油中对步骤(9)得到的0.99 (Ka48Naa52NbO3)-0.0lCuO陶瓷片进行极化处理，极化时间为15分钟，然后撤去电压，静置24小时，即得到氧化铜掺杂的铌酸钾钠电致应变陶瓷。
[0058]通过XRD分析本实施例制备得到的压电陶瓷，检测结果如图1所示，通过图1的压电陶瓷的XRD表征，从微观结构上说明了本实施例制备的压电陶瓷纯度高，且为典型的钙钛矿相。
[0059]通过低倍扫描电子显微镜分析本实施例制备得到的压电陶瓷，结果如图2所示，通过图2的SEM图，微观上说明了氧化铜的掺杂使得KNN陶瓷的晶粒增大。
[0060]采用安捷伦HP4284A型号的LCR测试仪，中科院声学所ZJ-3A型d33测试仪，测得本实施例制备的压电陶瓷的介电常数355，同时介电损耗保持低的0.04，压电系数d33仍然保持80pC/N。
[0061]采用Precis1n LC铁电综合测试系统测试本实施例制备的压电陶瓷，测得本实施例制备的压电陶瓷的矫顽场2kV/mm，剩余极化18 μ C/cm2,如图3所示。
[0062]采用TF1000测量材料的电致应变，检测结果如图4和图5所示，图4和图5是在每毫米4千伏的电场下得到压电陶瓷的单极电致应变曲线和双极电致应变曲线，在每毫米4千伏下存在较大应变0.12%，高于纯KNN陶瓷的应变0.06%，同时具有小的弥散损耗能，在单极和双极电场下具有高的Smax/Emax，均为300pm/V，远高于纯KNN陶瓷，接近未掺杂的纯KNN陶瓷的两倍。说明掺杂了 CuO的KNN陶瓷经过老化作用之后，可以极大地提高KNN在电场下的电致应变，可用于低频下的致动应用。
[0063]实施例2
[0064](I)按化学式(1-x) (Ka48Naa52NbO3)-XCuO将X取值为0.02，计算各种原料的配比，分别称取 3.250 克 K2CO3'2.700 克 Na2CO3、13.024 克 Nb2O5和 0.16 克 CuO,混合均匀；
[0065](2)球磨:采用机械加工中的湿法球磨，将配料、无水乙醇和研磨球放入球磨罐中，其中，配料:球:无水乙醇按质量比为1:2:1，在每分钟为800转的转速下球磨6小时得到球磨混合料，置于烘箱里烘干；
[0066](3)预烧结:将步骤(2)得到的混合料首先装入氧化铝坩祸中然后放入马弗炉中，以每分钟10°c的升温速度至850°C，保温煅烧3小时，然后自然冷却至室温，将得到的预烧后的粉料放置球磨机中二次球磨，即在每分钟为800转的转速下球磨6小时得到球磨混合料，置于烘箱里烘干；
[0067](4)造粒:采用加压造粒法，向二次球磨得到的球磨混合料中加入该球磨混合料质量的60%的3%的聚乙烯醇缩丁醛酒精溶液，在玛瑙研钵中进行研磨至颗粒均匀，直至酒精完全挥发得到颗粒均匀的混合料；
[0068](5)成型:采用干压成型，称取4.5克的颗粒均匀的混合料放入内腔直径为13毫米的圆形模具中，再把模具放在油压机中，再在80兆帕条件下保压10秒，得到压片；
[0069](6)排胶:将步骤(5)得到的压片首先放在氧化铝的底板上再放在马弗炉中进行排胶，以每分钟2°C的升温速度从室温升温至600°C，并保温排胶5小时，然后自然冷却至室温;
[0070](7)烧结:将步骤(6)得到的压片首先装入氧化铝坩祸中然后放入马弗炉中进行烧结，以每分钟5°C的升温速度从室温升温至1150°C，并保温3小时，然后自然冷却至室温后即得到 0.98 (Ka48Naa52NbO3)-0.02Cu0 陶瓷片；
[0071](8)被银、烧银:将步骤(7)烧结后的0.98 (Ka48Naa52NbO3) -0.02Cu0陶瓷片进行清洁处理，即用30°C热水进行超声波清洗2分钟，再用50°C清水冲洗2分钟，在100°C条件下进行烘干，采用丝网印刷法进行披银(两面涂覆银浆)，然后在550°C下烧银30分钟，冷却至室温；
[0072](9)老化:将步骤⑶得到的0.98 (Ka48Naa52NbO3) -0.02Cu0陶瓷片置于80°C的干燥箱内进行老化，老化时间为14天；
[0073](10)极化:采用极化装置，在常温下，用直流4000伏极化电压下在硅油中对步骤
(9)得到的0.98 (Ka48Naa52NbO3)-0.02Cu0陶瓷片进行极化处理，极化时间为15分钟，然后撤去电压，静置24小时，即得到氧化铜掺杂的铌酸钾钠电致应变陶瓷。
[0074]采用安捷伦HP4284A型号的LCR测试仪，中科院声学所ZJ-3A型d33测试仪，测得本实施例制备的压电陶瓷的介电常数410，同时介电损耗保持低的0.04，压电系数d33仍然保持85pC/N。
[0075]采用Precis1n LC铁电综合测试系统测试本实施例制备的压电陶瓷，测得本实施例制备的压电陶瓷的矫顽场2kV/mm，剩余极化19 μ C/cm2。
[0076]采用TF1000测量材料的电致应变，通过在每毫米4千伏的电场下得到压电陶瓷的单极电致应变曲线和双极电致应变曲线，本实施例制备得到的压电陶瓷在每毫米4千伏下存在较大应变0.10%，高于纯KNN陶瓷的应变0.06%，同时具有小的弥散损耗能，在单极和双极电场下具有高的Smax/Emax，均为250pm/V，高于纯KNN陶瓷，接近未掺杂的1.7倍。
[0077]以上仅在说明本发明的技术发明，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或是等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
【主权项】
1.一种氧化铜掺杂的铌酸钾钠电致应变陶瓷，其化学式为(1-X)(K0 48Na0 52NbO3)-XCuO,其中 0〈x ^ 0.02 ； 上述氧化铜掺杂的铌酸钾钠电致应变陶瓷的制备方法，具有如下步骤:(1)配料:将原料K2C03、Na2C03、Nb205和 CuO 依照化学式(1-χ) (K 0.48NaQ.52Nb03)-xCuO 进行配料，混合均匀； (2)球磨:按照步骤(I)所配原料与研磨球及无水乙醇的质量比为1:2:1进行球磨，得到球磨混合料，然后，将混合料置于烘箱里干燥； (3)预烧结:将步骤(2)得到的混合料置于马弗炉中，于850°C预烧结，保温3小时，然后自然冷却至室温；再将预烧后的粉料置于球磨机中二次球磨，得到球磨混合料，然后，将混合料置于烘干箱里干燥； (4)造粒:采用加压造粒法，向步骤(3)二次球磨后得到的混合料中加入质量浓度为3%的聚乙烯醇缩丁醛酒精溶液，该混合料与聚乙烯醇缩丁醛酒精溶液质量比为1:0.6，在玛瑙研钵中混合、研磨至颗粒均匀，直至酒精完全挥发得到颗粒均匀的混合料； (5)成型:采用干压成型，称取步骤(4)4.5?5.5克研磨后的混合料放入模具中，再将模具置于油压机中制得压片； (6)排胶:将步骤(5)得到的压片置于马弗炉中，于600°C排胶，保温5小时，自然冷却至室温； (7)烧结:将步骤(6)排胶后的压片置于马弗炉中，于1060°C烧结，保温3小时，自然冷却至室温，制得(1-x) (Ka48Naa52NbO3)-XCuO陶瓷片； (8)被银、烧银:将步骤(7)烧结后的(1-x)(Ka48Naa52NbO3)-XCuO陶瓷片于30?60°C去离子水中超声波清洗2?5分钟，再用50?80°C去离子水冲洗2?5分钟，于100?140°C烘干，采用丝网印刷法进行被银，然后于550°C烧银30分钟，冷却至室温； (9)老化:将步骤⑶得到的(1-x)(Ka48Naa52NbO3)-XCuO陶瓷片置于80°C的干燥箱内进行老化，老化时间为14天； (10)极化:常温下，于直流4000伏电压下在硅油中对步骤(9)得到的(1-x)(Ka48Naa52NbO3)-XCuO陶瓷片进行极化处理，极化时间为15分钟，然后撤去电压，静置24小时，即得到氧化铜掺杂的铌酸钾钠电致应变陶瓷。
2.根据权利要求1所述的一种氧化铜掺杂的铌酸钾钠电致应变陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)、步骤(3)的球磨，是以每分钟为800转的转速下球磨6小时。
3.根据权利要求1所述的一种氧化铜掺杂的铌酸钾钠电致应变陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的预烧结是将混合料装入氧化铝坩祸中然后放入马弗炉中完成。
4.根据权利要求1所述的一种氧化铜掺杂的铌酸钾钠电致应变陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)预烧结的升温速度是每分钟10°C。
5.根据权利要求1所述的一种氧化铜掺杂的铌酸钾钠电致应变陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)的模具为内腔直径13毫米的圆形模具；油压机压力为80?100兆帕，保压10?20秒。
6.根据权利要求1所述的一种氧化铜掺杂的铌酸钾钠电致应变陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)排胶的升温速度是每分钟2°C。
7.根据权利要求1所述的一种氧化铜掺杂的铌酸钾钠电致应变陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)的烧结是将压片装入氧化铝坩祸中然后放入马弗炉中完成。
8.根据权利要求1所述的一种氧化铜掺杂的铌酸钾钠电致应变陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)烧结的升温速度是每分钟5°C。
【专利摘要】本发明公开了一种氧化铜掺杂的铌酸钾钠电致应变陶瓷及其制备方法，其原料组分及其摩尔百分比(1-x)(K0.48Na0.52NbO3)-xCuO，其中所述x为0<x≤0.02。本发明材料的主晶相为钙钛矿结构，具有优异的电致应变性能，在每毫米4kV下存在大应变0.12％，在每毫米6kV下可达到0.19％。在单极和双极电场下具有高的Smax/Emax，分别300pm/V和310pm/V，同时压电系数d33仍然保持80pC/N。本发明生产成本低、工艺简单，是一种具有发展前景的作为驱动器或传感器的陶瓷体系。
【IPC分类】C04B35-622, C04B35-495
【公开号】CN104529446
【申请号】CN201410783962
【发明人】戴叶婧, 刘振, 尹东升
【申请人】天津大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月16日