本發(fā)明涉及壓電材料，特別是一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電材料。
背景技術(shù)：
：壓電陶瓷是一種能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的重要功能材料，壓電陶瓷材料因其具有機(jī)電耦合系數(shù)高、價(jià)格便宜、幾乎可以做成任意要求的形狀、易于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于信息、激光、導(dǎo)航、航天和生物等高
技術(shù)領(lǐng)域：
。1954年，鉛基壓電陶瓷發(fā)現(xiàn)后，因其性能優(yōu)異，廉價(jià)易得，在整個壓電陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域一直處于壟斷地位。鉛基壓電陶瓷雖然性能優(yōu)異，但其鉛氧化物（PbO或Pb3O4）的比重約為70%，在其制備、使用和廢棄后回收過程中會給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重危害。從人類可持續(xù)發(fā)展方面考慮，壓電陶瓷無鉛化是發(fā)展的最終方向。無鉛壓電陶瓷主要有鉍層狀系、烏青銅系及鈣鈦礦系。鉍層狀系、烏青銅系陶瓷壓電性能差，矯頑場大，不能應(yīng)用于換能器、傳感器及壓電致動器等要求高壓電性能的領(lǐng)域。鈣鈦礦系無鉛壓電陶瓷主要包括鈦酸鋇系（BaTiO3）、鈦酸鉍鈉系(Bi0.5Na0.5TiO3)和鈮酸鉀鈉系(K0.5Na0.5NbO3)。BaTiO3（BT）因其燒結(jié)困難、居里溫度低，在一定程度上限制了其研究與應(yīng)用。Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）矯頑場過高，存在退極化溫度使其難以應(yīng)用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電材料，可有效解決燒結(jié)困難，產(chǎn)品居里溫度低，難以應(yīng)用的問題。本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電材料，其通式為(1-x)(0.96K0.48Na0.52NbO3–0.04Bi0.5K0.5ZrO3)–xBaZrO3（簡寫為KNN-BKZ-xBZ）其中0≤x≤0.020。本發(fā)明原料豐富，成本低，易生產(chǎn)制造，其產(chǎn)品壓電性能高，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，利于工業(yè)化生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。附圖說明圖1為本發(fā)明陶瓷在衍射角2θ區(qū)間為20°～60°的XRD圖譜。圖2為本發(fā)明陶瓷在10kHz測試頻率下從室溫到550°C的介電常數(shù)隨溫度的變化的介溫曲線圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作詳細(xì)說明。本發(fā)明在具體實(shí)施中，可由以下實(shí)施例給出。實(shí)施例1本發(fā)明在具體實(shí)施中，一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電材料，其通式為(1-x)(0.96K0.48Na0.52NbO3–0.04Bi0.5K0.5ZrO3)–xBaZrO3，其中x為0，即通式為0.96K0.48Na0.52NbO3–0.04Bi0.5K0.5ZrO3。實(shí)施例2本發(fā)明在具體實(shí)施中，一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電材料，其通式為(1-x)(0.96K0.48Na0.52NbO3–0.04Bi0.5K0.5ZrO3)–xBaZrO3，其中x為0.01，即通式為0.99(0.96K0.48Na0.52NbO3–0.04Bi0.5K0.5ZrO3)–0.01BaZrO3。實(shí)施例3本發(fā)明在具體實(shí)施中，一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電材料，其通式為(1-x)(0.96K0.48Na0.52NbO3–0.04Bi0.5K0.5ZrO3)–xBaZrO3，其中x為0.015，即通式為0.985(0.96K0.48Na0.52NbO3–0.04Bi0.5K0.5ZrO3)–0.015BaZrO3。實(shí)施例4本發(fā)明在具體實(shí)施中，一種鈮酸鉀鈉基無鉛壓電材料，其通式為(1-x)(0.96K0.48Na0.52NbO3–0.04Bi0.5K0.5ZrO3)–xBaZrO3，其中x為0.02，即通式為0.98(0.96K0.48Na0.52NbO3–0.04Bi0.5K0.5ZrO3)–0.02BaZrO3。本發(fā)明在制備時，可采用傳統(tǒng)固相燒結(jié)法進(jìn)行制備，即以Na2CO3、K2CO3、Nb2O5、Bi2O3、Zr2O2和BaCO3為原料，按照相應(yīng)無鉛壓電陶瓷的化學(xué)式進(jìn)行配料。將配好的原料(BaZrO3先球磨預(yù)燒后，再與其它原料混合球磨)以無水乙醇作為球磨介質(zhì)，用滾動球磨24h后烘干得到干粉，將所得干粉在800～900℃保溫預(yù)燒4～6h以進(jìn)行鈮酸鹽化合物的合成，然后在預(yù)燒好的粉料中加入濃度為8wt%的聚乙烯醇水溶液造粒，所述聚乙烯醇水溶液的用量以滿足造粒要求（顆粒流動性好，粒徑為0.1mm左右）為限，造粒后用磨具壓制成φ=10mm，d=1mm的圓片并排粘合劑。最后在1100～1200℃燒結(jié)2～3h，燒結(jié)后的陶瓷片被上銀電極并放入25～85℃的硅油中，在3～4kv/mm的電壓下極化10～20min，極化完成后，將所述陶瓷片從硅油中取出，在空氣中靜置24h后，采用IEEE標(biāo)準(zhǔn)測量所得無鉛壓電陶瓷的電學(xué)性能。要說明的是，本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于組分的有效組合，提供一種新的無鉛壓電材料化學(xué)組合物，其制備方法并不是本申請所請求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，只要采用本發(fā)明給出的通式制成的無鉛壓電材料，不管是采用哪種制備方法，均是本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明無鉛壓電材料經(jīng)試驗(yàn)測試，具有很好的壓電性能，以實(shí)施例1-5為例，當(dāng)x為0.015時獲得最佳性能，其中壓電常數(shù)約295pC/N，kp約為31%～45%，有效降低四方-正交相變溫度，在室溫構(gòu)建新型相界，從而提高陶瓷的電學(xué)性能，滿足實(shí)際中壓電材料的需要，見表1。表1：鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷(1-x)(0.96K0.48Na0.52NbO3–0.04Bi0.5K0.5ZrO3)–xBaZrO3的電學(xué)性能xd33(pC/N)kp(%)tanδ(室溫,10kHz)εr(室溫,10kHz)0175310.02211890.010205320.02115850.015295410.03218350.020272360.0351579本發(fā)明提供的無鉛壓電陶瓷不含價(jià)格昂貴的鉭元素，所用原料價(jià)格低廉，因而節(jié)約成本，有利于促進(jìn)實(shí)用化進(jìn)程，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，本發(fā)明無鉛壓電陶瓷可以采用工業(yè)原料經(jīng)傳統(tǒng)陶瓷制備技術(shù)獲得，工藝簡單穩(wěn)定，具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。當(dāng)前第1頁1 2 3