铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料及其制备方法，以及无铅压电陶瓷及其制备方法与流程

本发明涉及材料科学与工程，特别涉及一种铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料及其制备方法，以及，涉及一种无铅压电陶瓷及其制备方法。

背景技术：

1、压电效应是缺乏对称中心的材料的固有特性(432族除外)，压电陶瓷由于其将机械振动转化为电能的独特能力，以及其简单的制备工艺，低廉的成本，已经广泛应用于换能器、驱动器、传感器和驱动器等许多电子元器件中。铅会对人体以及环境造成危害，不利于可持续发展，所以制备高性能的无铅压电陶瓷体系迫在眉睫。

2、铌酸钾钠(k,na)nbo3(knn)基无铅压电陶瓷由于其良好的压电活性、较高的居里温度，得到了国内外研究者的广泛研究，是目前最有望替代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷材料。近年来研究者们通过元素掺杂、相界调控和工艺改善等方法，将固相法制得的knn基陶瓷的压电常数d33从80pc/n提升至680pc/n左右，可与铅基压电陶瓷相当。knn基陶瓷在压电领域的巨大突破使其具有着广阔的应用前景，但由于高d33的软质陶瓷的机械质量因数(qm)大多数小于100，这又不利于实际的器件应用。因此提高高功率高频器件中压电陶瓷的qm，减少其在振动过程中的机械能损失，避免产生过多的热量或热失控是非常重要的。另一方面，为了使压电器件达到预期的使用性能，压电陶瓷需要具有足够的压电活性和保持较高的居里温度。但是目前尚未有对具有高居里温度、高压电常数、高机械品质因数的铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料的报道。

3、因此，针对现有技术不足，提供一种铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料及其制备方法，以及一种无铅压电陶瓷及其制备方法以解决现有技术不足甚为必要。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料。该铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料能有效提高陶瓷的居里温度并保持高的压电活性、高机械品质因数和低损耗。

2、本发明的上述目的通过以下技术措施实现：

3、提供一种铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料，其化学通式为[(k0.45na0.55)0.955(1-y)li0.955y(bi0.5na0.5)0.045cu0.01][nb0.955(hf1-xzrx)0.045fe0.005]o3，其中0＜x≤0.4，0≤y≤0.04。

4、最优的x为0.2，y为0.01。

5、本发明的铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料，制备原料包括na2co3、k2co3、nb2o5、bi2o3、cuo、fe2o3和hfo2，以及选择性包括li2co3。

6、本发明的铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料的压电常数d33为180pc/n～318pc/n；机械品质因数qm为180～286；平面机电耦合系数kp为0.35～0.52；介电损耗tanδ为1.4％～2.0％；居里温度tc为314℃～361℃；剩余极化强度pr为13μc/cm2～20μc/cm2，矫顽场ec为12kv/cm～22kv/cm。

7、当x为0.2，y为0.01为本发明最优的铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料，其压电常数d33为310pc/n；机械品质因数qm为228；平面机电耦合系数kp为0.51；介电损耗tanδ为1.4％；居里温度tc为322℃；剩余极化强度pr为19μc/cm2；矫顽场ec为13kv/cm。

8、本发明的铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料，其化学通式为[(k0.45na0.55)0.955(1-y)li0.955y(bi0.5na0.5)0.045cu0.01][nb0.955(hf1-xzrx)0.045fe0.005]o3，其中0＜x≤0.4，0≤y≤0.04。该无铅压电陶瓷材料在具有较高压电活性的同时还保持了较高的机械品质因数；而且具有较高压电性能的同时，还能有效地提升了居里温度，在更大的温度范围内可以得到应用。

9、本发明的第二个目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料的制备方法。通过所述铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料的制备方法得到的铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料能有效提高陶瓷的居里温度并保持高的压电活性、高机械品质因数和低损耗。

10、本发明的上述目的通过以下技术措施实现：

11、提供一种铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：按照所述化学通式的化学计量比对na2co3、k2co3、nb2o5、bi2o3、zro2、cuo、fe2o3、hfo2和li2co3采用固相法制备得到所述铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料。

12、本发明的铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

13、步骤一、按照所述化学通式的化学计量比加入na2co3、k2co3、nb2o5、bi2o3、zro2、cuo、fe2o3、hfo2和li2co3至球磨罐中；

14、步骤二、以氧化锆球为研磨介质，无水乙醇为溶剂，在球磨机内按照转速200rpm～300rpm球磨10h～20h；

15、步骤三、出料，烘干，放进炉子里升温至800℃～900℃，并保温4h～8h，得到铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料。

16、本发明的铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料的制备方法，由铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料制备而成，其中无铅压电陶瓷材料的化学通式为[(k0.45na0.55)0.955(1-y)li0.955y(bi0.5na0.5)0.045cu0.01][nb0.955(hf1-xzrx)0.045fe0.005]o3，其中0＜x≤0.4，0≤y≤0.04。该制备方法得到的铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料在具有较高压电活性的同时还保持了较高的机械品质因数；而且具有较高压电性能的同时，还能有效地提升了居里温度，在更大的温度范围内可以得到应用。

17、本发明的第三个目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷。该铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷能有效提高陶瓷的居里温度并保持高的压电活性、高机械品质因数和低损耗。

18、本发明的上述目的通过以下技术措施实现：

19、提供一种铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷，由上述的铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料为原料制备得到。

20、本发明的铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷，由铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料制备而成，该铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷在具有较高压电活性的同时还保持了较高的机械品质因数；而且具有较高压电性能的同时，还能有效地提升了居里温度，在更大的温度范围内可以得到应用。

21、本发明的第四个目的在于避免现有技术的不足之处而提供由铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料制备无铅压电陶瓷的方法。该方法制备得到的无铅压电陶瓷能有效提高陶瓷的居里温度并保持高的压电活性、高机械品质因数和低损耗。

22、本发明的上述目的通过以下技术措施实现：

23、提供一种由铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料制备无铅压电陶瓷的方法的铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷，包括以下步骤：

24、s1、将所述铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料加入聚乙烯醇溶液混合造粒压片，得到生坯圆片；

25、s2、将s1得到的所述生坯圆片进行排胶烧结，得到无铅压电陶瓷圆片；

26、s3、将s2得到的所述无铅压电陶瓷圆片进行银极化，得到铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷。

27、本发明的铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷，通过如下步骤制备得到：

28、s1、将所述无铅压电陶瓷粉体加入5wt％～10wt％聚乙烯醇水溶液混合造粒，然后装入模具中在10mpa～20mpa下压片，得到生坯圆片；

29、s2、将s1得到的所述生坯圆片在温度为700℃～900℃下排胶，然后在温度为1000℃～1100℃下烧结3h～15h，得到无铅压电陶瓷圆片；

30、s3、在s2得到的所述无铅压电陶瓷圆片的表面涂覆银浆，在温度为700℃～800℃保温10min～20min冷却至室温；在硅油中进行极化，极化场强为2kv/mm～4kv/mm，保压时间为15min～40min，得到所述铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷。

31、本发明的由铌铪锆铁酸钾钠锂铋铜无铅压电陶瓷材料制备无铅压电陶瓷的方法，其制备得到无铅压电陶瓷具有较高压电活性的同时还保持了较高的机械品质因数；而且具有较高压电性能的同时，还能有效地提升了居里温度，在更大的温度范围内可以得到应用。