[0075](I)按照(1-a) (K0.5Na0.5) 0.95Li0.05Nb0.93Sb0.07_aCaZr03的化学计量比称取原料Na2CO3, K2CO3, Li2CO3, Nb2O5, Sb2O5和CaCO 3，其中a = 0.04,装入球磨罐中进行混料，球磨介质为无水乙醇和氧化锆球，混合原料与氧化锆球的质量比为1:1.2，与无水乙醇的质量比为1:1.5 ;混合原料在360r/min的速度下球磨24h，100°C烘干后，装入刚玉坩祸中，加盖，在850 °C下保温6h，升温速率为3°C /min ；
[0076](2)将步骤⑴得到的粉料在研钵中研细，进行二次球磨，球磨与烘干的条件与步骤(I)相同，得到 0.96 (K0.5Na0.5)0.95Li0.05Nb0.93Sb0.07-0.04CaZr(V混合粉料；
[0077](3)将步骤(2)得到的粉料加入浓度为8wt %的PVA溶液进行造粒，并在10MPa压力下压制成直径为1mm的陶瓷坯体，其中，PVA溶液占混合粉料与PVA溶液总质量的5% ；
[0078](4)将步骤(3)得到的陶瓷坯体在600°C下保温5h以除去粘合剂(PVA)，得到排胶坯体；
[0079](5)将步骤(4)得到的排胶坯体放置在装有锆粉的坩祸中，埋烧；按升温速度30C /min于1100°C下保温Omin进行第一次烧结；然后以10°C /min快速升温至1170°C，保温Imin进行第二步烧结；再以10°C /min快速降温至1000°C，保温5h进行第三步烧结，随后随炉自然冷却至室温，得到铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。
[0080](6)将步骤(5)得到的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷抛光被上银电极，在120°C的硅油中，40kV/cm电压下极化30min。
[0081]实施例8
[0082](I)按照(1-a) (K0.5Na0.5) 0.95Li0.05Nb0.93Sb0.Q7_aCaZr03的化学计量比称取原料Na2CO3, K2CO3, Li2CO3, Nb2O5, Sb2O5和CaCO 3，其中a = 0.04,装入球磨罐中进行混料，球磨介质为无水乙醇和氧化锆球，混合原料与氧化锆球的质量比为1:1.2，与无水乙醇的质量比为1:1.5 ;混合原料在360r/min的速度下球磨24h，100°C烘干后，装入刚玉坩祸中，加盖，在850 °C下保温6h，升温速率为3°C /min ；
[0083](2)将步骤(I)得到的粉料在研钵中研细，进行二次球磨，球磨与烘干的条件与步骤(I)相同，得到 0.96 (K0.5Na0.5)0.95Li0.05Nb0.93Sb0.07-0.04CaZr(V混合粉料；
[0084](3)将步骤(2)得到的粉料加入浓度为8wt %的PVA溶液进行造粒，并在10MPa压力下压制成直径为1mm的陶瓷坯体，其中，PVA溶液占混合粉料与PVA溶液总质量的5% ；
[0085](4)将步骤(3)得到的陶瓷坯体在600°C下保温5h以除去粘合剂(PVA)，得到排胶坯体；
[0086](5)将步骤(4)得到的排胶坯体放置在装有锆粉的坩祸中，埋烧；按升温速度30C /min于1120°C下保温Omin进行第一次烧结；然后以10°C /min快速升温至1170°C，保温Imin进行第二步烧结；再以10°C /min快速降温至1120°C，保温5h进行第三步烧结，随后随炉自然冷却至室温，得到铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。
[0087](6)将步骤(5)得到的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷抛光被上银电极，在120°C的硅油中，40kV/cm电压下极化30min。
[0088]图1为的实施例3、4、5、8所制得的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷XRD图谱，分别对应图1中的(b)、(c)、(d)、(a)。由图1可知，本实施例所制备的陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构，无第二相生成。
[0089]图2、图3分别为实施例5、8制得的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的SEM图谱，由图2可知，本实施例所制备的陶瓷样品晶粒尺寸大小均一，对比图2、图3可知，实例8所制备的陶瓷样品晶粒出现长大。
[0090]图4 (a)为实施例1、2、5、8铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的d33随第二步烧结温度变化示意图；(b)为实施例2、6、7、8铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的d33随第二步烧结温度变化示意图，从图中可知，实例2、5所制备的陶瓷样品d33均达到了 400以上，比普遍的传统固相烧结法所制备的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷要高，显示了本发明较高的压电系数、良好的压电性會K。
[0091]图5为实施例5制得的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的S-E图谱，由图5可知，应变达到18%，根据公式d*33= S max/E max可知，d* 33= 450，显示了良好的压电性能。
[0092]图6为实施例3制得的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的P-E图谱，由图6可知，本实施例 Pr = 25.6 μ C/cm2 ο
【主权项】
1.高压电系数铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，其特征在于，原料组成为(1-a)(Ka5Naa5)a95Li0.05Nb0.93Sb0.07-aMZr03,其中 M = Ca, Sr 或 Ba，a = 0.01 ?0.06 ; 该高压电系数铌酸钾钠基无铅压电陶瓷其压电常数d33最高为410pC/N，d* 33为450。
2.如权利要求1所述的高压电系数铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，采用以下步骤: (1)选取纯度大于99wt%的Na2CO3, K2CO3, Li2CO3, Nb2O5, Sb2O5和MCO 3作为铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的原料；(2)按照(1-a)(Ka5Naa 5) Cl95Liatl5Nbtl.93SbQ.Q7-aMZr03配方组成称量原料、混合、球磨、烘干； (3)烘干后的原料在850°C下预烧，保温时间6h; (4)预烧后的粉料进行二次球磨，烘干，造粒，并在40?10MPa压力下压制成直径为10?12mm的陶瓷坯体，在600°C下进行排胶，保温5?1h ; 其特征在于，还采用三步法对其进行烧结，该烧结方法采用以下步骤: (a)将排胶后的坯体升温至1100?1120°C进行第一步烧结，保温Omin; (b)将第一步烧结完成后，将烧结温度快速升温到1170?1210°C，保温O?5min，进行第二步烧结； (c)将烧结温度快速降温到1000?1080°C，保温2?20h，进行第三步烧结，最后自然冷却到室温，并将烧结成瓷的样品表面抛光，得到铌酸钾钠基无铅压电陶瓷。
3.根据权利要求2所述的高压电系数铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(a)中的升温速度为3°C /min。
4.根据权利要求2所述的高压电系数铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(b)中的升温速度为10°C /min。
5.根据权利要求2所述的高压电系数铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(c)中的降温速度为10°C /min。
6.根据权利要求2所述的高压电系数铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(3)、(4)中的球磨均在球磨机中进行，在进行球磨的过程中，加入氧化锆球及无水乙醇作为研磨介质，其中，待研磨的物料与氧化错球的质量比为1: 1.2?1:1.5，待研磨的物料与无水乙醇的质量比1:1.2?1:1.5。
7.根据权利要求2所述的高压电系数铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(3)、(4)中的球磨的转速为300?400r/min，球磨的时间为12?24h。
8.根据权利要求2所述的高压电系数铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤⑵、⑷中烘干的温度为80?120°C。
9.根据权利要求2所述的高压电系数铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，制备得到铌酸钾钠基无铅压电陶瓷还进行极化处理:将铌酸钾钠基无铅压电陶瓷抛光后被上银电极，在室温?120°C的硅油中，30?40kV/cm电压下极化30?40min。
【专利摘要】本发明涉及高压电系数铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法，原料组成为(1-a)(K0.5Na0.5)0.95Li0.05Nb0.93Sb0.07-aMZrO3,其中M＝Ca,Sr或Ba，a＝0.01～0.06；采用三步烧结固相合成的制备方法，第一步烧结温度为1100～1120℃，保温时间为0分钟，第二步烧结温度为1160-1210℃，保温时间为0～5分钟，第三步烧结温度为1000～1100℃，保温时间为2～20小时，得到一种新型的无铅压电陶瓷材料，其压电常数d33最高为410pC/N,d*33为450。该无铅压电陶瓷材料可用于超声换能器、压电蜂鸣器、驱动器、谐振器等多种领域。
【IPC分类】C04B35-622, C04B35-495
【公开号】CN104876567
【申请号】CN201510210565
【发明人】翟继卫, 张杨, 沈波
【申请人】同济大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月28日