專利名稱：一類鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷粉體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一類壓電陶瓷粉體及其制備方法，特別是涉及一類鈮酸鉀鈉(KNN)基 無鉛壓電陶瓷粉體及其制備方法，屬于壓電材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈮酸鉀鈉(KNN)基陶瓷是一類重要的無鉛壓電陶瓷，由于其具有高的居里溫度、 機(jī)電耦合系數(shù)大、壓電常數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有希望取代鉛基壓電陶瓷的候選材料。但 此類陶瓷材料存在機(jī)械品質(zhì)因數(shù)較小、介電損耗較大、燒結(jié)性能較差等缺點(diǎn)。目前，人們通 過元素離子取代改性、添加燒結(jié)助劑以及改進(jìn)制備工藝等手段，意圖改善KNN基壓電陶瓷 的燒結(jié)性能，并提高KNN基壓電陶瓷的壓電常數(shù)、機(jī)電耦合系數(shù)、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)等。當(dāng)前，絕 大多數(shù)研究者是采用傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，在傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝過程中， 常使用無水乙醇和原料混合經(jīng)球磨若干小時(shí)后經(jīng)干燥、預(yù)燒等工序制備出壓電陶瓷粉體。 從工業(yè)化生產(chǎn)角度考慮，該方法易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模合成粉體，但該方法存在能耗高、粉體均一 性差等缺點(diǎn)。目前，隨著國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，開發(fā)出性能好的無鉛壓電陶瓷粉體，及其 低成本、低能耗、高效率的制備技術(shù)具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)上述現(xiàn)有無鉛壓電陶瓷粉體及其制備方法存在的不足，提 供一類各組分分布均一性好，粒徑小、分布均勻，而且具有較高活性的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電 陶瓷粉體，以及提供易于操作、費(fèi)用低廉、能耗低、效率高的制備這類陶瓷粉體的方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是一類鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷粉體，它的化學(xué)通式如式(I)所示(K^NauLi人)(Nb^SbnHj 03 或(K^NauLi人)(Nb^SbnHj 03+aMa 0e (I)式⑴中，U、v、W、n分別表示相應(yīng)的元素在該化學(xué)組成中所占的摩爾數(shù)， 0. 4彡u彡0. 6，0彡v彡0. 1，0彡w彡0. 1，0彡n彡0. 1，a為氧化物^00所占的摩爾百 分比，0 彡 a 彡 0. 1，a = 1，2 或 3，3 = 1，2，3，4 或 5，A 為 Li、Na、K、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba、 Zn、Cu、Bi、La 或 Y 中的一種或一種以上，H 為 Al、Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Zr、 Mo、Tc、Sn、Pr、Pu、Th、Hf、Ge、Sb、Te、Ta 或 W 中的一種或一種以上，M 為 Li、Na、K、Ag、Mg、 Ca、Sr、Ba、Zn、Cu、Bi、La、Y、Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Zr、Mo、Tc、Sn、Pr、Pu、Th、 Hf、Ge、Sb、Te、Ta、W中的一種或一種以上。該鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷粉體的粒徑不超過 3 y m。上述鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷粉體的制備方法包括以下步驟(1)按上述通式(I)中的化學(xué)計(jì)量比，稱取各元素相應(yīng)的化合物作為原料，原料中 含K、Na或Li的化合物為可溶性化合物，含Nb或Sb的化合物為不溶于水或難溶于水的化 合物粉末，含A或H的化合物為可溶性化合物或者為不溶于水或難溶于水的化合物粉末，含M的化合物為可溶性含氧化合物或者為不溶于水或難溶于水的含氧化合物粉末；所述不溶 于水或難溶于水的化合物粉末或者含氧化合物粉末的粒徑不超過2微米；(2)將步驟(1)所選原料中可溶性的原料溶解于水中，使之形成均一穩(wěn)定的溶液， 作為包覆相；(3)將步驟(1)所選原料中不溶于水或難溶于水的原料作為被包覆相，與包覆相 混合后振蕩均勻，得到混合懸浮液；(4)將混合懸浮液在攪拌條件下，送入噴霧干燥器中高速離心霧化，使包覆相包覆 于被包覆相的顆粒表面，并在氣流下于200 300°C干燥，經(jīng)旋風(fēng)分離器和袋式除塵器收 集，制得至少含K、Na、Nb元素的混合物粉末；(5)將上述混合物粉末在700 950°C下保溫煅燒2 5小時(shí)，制得鈮酸鉀鈉基無 鉛壓電陶瓷粉體。步驟(1)中所述含K化合物為碳酸鉀、碳酸氫鉀、硝酸鉀、甲酸鉀、醋酸鉀、草酸鉀、 檸檬酸鉀、乙醇鉀、叔丁醇鉀、苯酚鉀、乙炔鉀或氫氧化鉀中的任一種；含Na化合物為碳酸 鈉、碳酸氫鈉、硝酸鈉、甲酸鈉、醋酸鈉、草酸鈉、檸檬酸鈉、乙醇鈉、叔丁醇鈉、苯酚鈉、乙炔 鈉或氫氧化鈉中的任一種。將步驟(1)所選原料中可溶性的原料溶解于水中，使之形成均一穩(wěn)定的陽離子的 總濃度為0. 1 4mol/L的溶液，作為包覆相。步驟⑷中所述氣流的流速為50 150m/s。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明采用液相包覆技術(shù)和噴霧干燥技術(shù)相結(jié)合，制備了分散性好的鈮酸鉀鈉 基無鉛壓電陶瓷粉體，各組分分布均一性好，粒徑小、分布均勻，具有較高的活性，可以有效 地降低由粉體制備陶瓷時(shí)燒結(jié)階段的溫度。2.在本發(fā)明方法中，各種成份的混合是在水溶液中進(jìn)行的，不同成份的離子或離 子團(tuán)能夠得到充分的混合，確保了所得陶瓷材料在化學(xué)成分上的均勻分散，使產(chǎn)品性能均 勻穩(wěn)定。3.本發(fā)明以水做溶劑來制備鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷粉體，從而有效地降低了 生產(chǎn)成本；該方法所需的工藝條件簡單且可控，生產(chǎn)周期短，效率高，適宜工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)； 此外，本發(fā)明方法具有能耗低、污染小、與環(huán)境相協(xié)調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。利用本發(fā)明的鈮酸鉀鈉基無 鉛壓電陶瓷粉體經(jīng)傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝可制得相應(yīng)的無鉛壓電陶瓷。


圖1為實(shí)施例1中組分為(Ka5Na(1.5)Nb03的無鉛壓電陶瓷粉體的XRD圖譜；圖2為實(shí)施例1中組分為(Ka5Na(1.5)Nb03的無鉛壓電陶瓷粉體的粒徑分布圖；圖3為利用實(shí)施例1中的(^…、.^^(^無鉛壓電陶瓷粉體制得的陶瓷樣品在 10kHz條件下的介電-溫度曲線圖；圖4為實(shí)施例2中組分為(K0.495Na0.5Bi0.005) (Nb0.99Ti0.01)03無鉛壓電陶瓷粉體的 XRD圖譜；圖5為利用實(shí)施例2中的(！^㈣妝。.^、.，)(Nb^Ji。.。)03無鉛壓電陶瓷粉體制得 的陶瓷樣品的斷面放大2500倍的SEM圖6為利用實(shí)施例2中的O^MNauBiuJ (Nb^Ti^)03無鉛壓電陶瓷粉體制得 的陶瓷樣品在10kHz條件下的介電-溫度曲線圖；圖7為實(shí)施例4中組分為(KQ.4752NaQ.麵Li 0. 0396^10. 005) (Nb0. 9504Sb0. 0396丁士〇.01 )03無鉛壓
電陶瓷粉體的XRD圖譜；圖8 為利用實(shí)施例 5 中的(Kq. 4752Na0.48Li0.04Bi
o.oo48) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096 )03無鉛壓電 陶瓷粉體制得的陶瓷樣品在10kHz條件下的介電-溫度曲線圖；圖9 為利用實(shí)施例 5 中的(Kq. 4752Na0.48Li0.04Bi
o.oo48) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096 )03無鉛壓電 陶瓷粉體制得的陶瓷樣品在10Hz條件下的電滯回線圖；圖10為利用實(shí)施例7中的(K0 .4776Na0.4776Li0.0398Y0.005) (Nb0.9552Sb0.0398Mn0.005) 03 口 壓電陶瓷粉體制得的陶瓷樣品在10kHz條件下的介電-溫度曲線圖；圖11 為利用實(shí)施例 9 中的(K0.4752Na0.48Li0.04Bi0.0048) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+l. 0% CuO+O. 2% MnO無鉛壓電陶瓷粉體制得的陶瓷樣品在10kHz條件下的介電-溫度曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以 下實(shí)施例。實(shí)施例1 (1)以K2C03、Na2C03和Nb205為原料，按照化學(xué)式(Ka 5Na0.5) Nb03的化學(xué)計(jì)量比稱量 進(jìn)行配料，其中Nb205的粒徑為0. 5微米。(2)在攪拌條件下將K2C03和Na2C03溶于水中，形成均一穩(wěn)定的陽離子的總濃度為 0. lmol/L的溶液，作為包覆相。(3)將稱量好的Nb205作為被包覆相，加入到上述包覆相中，兩者經(jīng)振蕩混合后攪 拌，制得均勻的混合懸浮液。(4)將混合懸浮液在均勻攪拌的條件下，送入噴霧干燥器的離心噴頭，將混合懸浮 液高速離心霧化，使包覆相包覆于被包覆相的顆粒表面，并在溫度為300°C、速度為150m/s 的氣流下干燥，經(jīng)旋風(fēng)分離器和袋式除塵器收集，得到混合物粉末。(5)將上述混合物粉末在900°C下保溫煅燒3小時(shí)，制得(Ka 5Na0.5) Nb03無鉛壓電 陶瓷粉體。該粉體的XRD圖譜和粒徑分布圖分別見圖1和圖2。利用本實(shí)例制備的(Ka5Naa5)Nb03無鉛壓電陶瓷粉體經(jīng)傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝制得 (Ka5Na(l.5)Nb03無鉛壓電陶瓷，按常規(guī)方法對其進(jìn)行電學(xué)性能測試，結(jié)果見表1。該陶瓷樣品 在10kHz條件下的介電-溫度曲線圖見圖3。表1.經(jīng)實(shí)施例1制得的陶瓷樣品的電學(xué)性能測試結(jié)果d33(pC/N)kP(%)k,(%)Qm^33 Z ^oTc(°C)13022.421.235310414實(shí)施例2 (1)以 K2C03、Na2C03、Bi203、Ti02 和 Nb205 為原料，按照化學(xué)式(K0.495Na0.5Bi0.005) (Nb0.99Ti0.01)03的化學(xué)計(jì)量比稱量進(jìn)行配料，其中Ti02和Nb205的粒徑均為0. 5微米，Bi203 的粒徑為1微米。
5
(2)在攪拌條件下將K2C03和Na2C03溶于水中，形成均一穩(wěn)定的陽離子的總濃度為 0. lmol/L的溶液，作為包覆相。(3)將稱量好的Bi203、Ti02和Nb205作為被包覆相，加入到上述包覆相中，混合振 蕩均勻，制得混合懸浮液。(4)將混合懸浮液在均勻攪拌的條件下，送入噴霧干燥器的離心噴頭，將混合懸浮 液高速離心霧化，使包覆相包覆于被包覆相的顆粒表面，并在溫度為300°C、速度為150m/s 的氣流下干燥，經(jīng)旋風(fēng)分離器和袋式除塵器收集，得到混合物粉末。(5)將上述混合物粉末在850 °C下保溫煅燒3小時(shí)，制得(K0.495Na0.5Bi0.005) (Nb0.99Ti0.01)03無鉛壓電陶瓷粉體。該粉體的XRD圖譜見圖4。利用本實(shí)例制備的(Kc^PauBiuJ (Nba99Tia(11)03無鉛壓電陶瓷粉體經(jīng)傳統(tǒng)的陶 瓷制備工藝制得(Ka 495Na0.5Bi0.005) (Nb0.99Ti0.01) 03無鉛壓電陶瓷，按常規(guī)方法對其進(jìn)行電學(xué) 性能測試，結(jié)果見表2。該陶瓷樣品的斷面的SEM圖和在10kHz條件下的介電-溫度曲線圖 分別見圖5和圖6。表2.經(jīng)實(shí)施例2制得的陶瓷樣品的電學(xué)性能測試結(jié)果 實(shí)施例3 (1)以 K2C03、Na2C03、CH3C00Li ^H^.Bi^^TiO^Nb^ 和 Sb203 為原料，按照化學(xué)式 (K0.4802Na0.4752Li0.0396Bi0.005) (Nb0.9504Sb0.0396Ti0.01)03 的化學(xué)計(jì)量比稱量進(jìn)行配料，其中 Ti02、 Nb205和Sb203的粒徑均為0. 5微米，Bi203的粒徑為1微米。(2)在攪拌條件下將K2TO3、Na2C03和CH3C00Li -2H20溶于水中，形成均一穩(wěn)定的陽 離子的總濃度為0. lmol/L的溶液，作為包覆相。(3)將稱量好的Bi203、Ti02、Nb205和Sb203作為被包覆相，與上述包覆相混合后振 蕩均勻，制得混合懸浮液。(4)將混合懸浮液在均勻攪拌的條件下，送入噴霧干燥器的離心噴頭，將混合懸浮 液高速離心霧化，使包覆相包覆于被包覆相的顆粒表面，并在溫度為300°C、速度為120m/s 的氣流下干燥，經(jīng)旋風(fēng)分離器和袋式除塵器收集，得到混合物粉末。(5)將上述混合物粉末在900 °C下保溫煅燒2小時(shí)，制得 (K0.48o2Na0.4752Li0. o396Bio.005) (Nb0.9504Sb0.0396Ti0.01) 03 無鉛壓電陶瓷粉體，其粒徑不超過 3 y m。利用本實(shí)施例制備的(KM^Na^mLi^^Bi。.。?！?Nb0.9504Sb0.0396Ti0.01)03無鉛壓電 陶瓷粉體經(jīng)傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝制得(Ka48CI2Na 0. 4752^10. 0396^10. 005) (Nb0. 9504Sb0. 0396丁土0. 0l) O3 無 鉛壓電陶瓷，按常規(guī)方法對其進(jìn)行電學(xué)性能測試，結(jié)果見表3。表3.經(jīng)實(shí)施例3制得的陶瓷樣品的電學(xué)性能測試結(jié)果 實(shí)施例4:
(1)以 K2C03、Na2C03、CH3C00Li ^H^.Bi^^TiO^Nb^ 和 Sb203 為原料，按照化學(xué)式 (K0.4752Na0.4802Li0.0396Bi0.005) (Nb0.9504Sb0.0396Ti0.01)03 的化學(xué)計(jì)量比稱量進(jìn)行配料，其中 Ti02、 Nb205和Sb203的粒徑均為0. 5微米，Bi203的粒徑為1微米。(2)在攪拌條件下將K2C03、Na2C03和CH3C00Li -2H20溶于水中，形成均一穩(wěn)定的陽 離子的總濃度為0. 5mol/L的溶液，作為包覆相。(3)將稱量好的Bi203、Ti02、Nb205和Sb203作為被包覆相，與上述包覆相混合后振 蕩均勻，制得混合懸浮液。(4)將混合懸浮液在均勻攪拌的條件下，送入噴霧干燥器的離心噴頭，將混合懸浮 液高速離心霧化，使包覆相包覆于被包覆相的顆粒表面，并在溫度為250°C、速度為120m/s 的氣流下干燥，經(jīng)旋風(fēng)分離器和袋式除塵器收集，得到混合物粉末。(5)將上述混合物粉末在800 °C下保溫煅燒5小時(shí)，制得 (K0.4752Na0.4802Li0.0396Bi0.005) (NK.^Sb^^Tic.JOs 無鉛壓電陶瓷粉體。該粉體的 XRD 圖譜見 圖7。利用本實(shí)施例制備的(！^仍…知棚山、.^^、.^) (Nb0.9504Sb0.0396Ti0.01)03無鉛壓電 陶瓷粉體經(jīng)傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝制得(KQ.4752Naa48(l2Li 0. 0396^10. 005) (Nb0. 9504Sb0. 0396丁士0. 0l)〇3 無 鉛壓電陶瓷，按常規(guī)方法對其進(jìn)行電學(xué)性能測試，結(jié)果見表4。表4.經(jīng)實(shí)施例4制得的陶瓷樣品的電學(xué)性能測試結(jié)果 實(shí)施例5 (1)以 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20、Bi203、Ti02、Nb205 和 Sb203 為原料，按照化學(xué) (K0.4752N&o.48Lio.o4Bi0.0048) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096 )03的化學(xué)計(jì)量比稱量進(jìn)行配料，其中Ti02、
Nb205和Sb203的粒徑均為0. 5微米，Bi203的粒徑為1微米。(2)在攪拌條件下將K2C03、Na2C03和CH3C00Li -2H20溶于水中，形成均一穩(wěn)定的陽 離子的總濃度為0. 5mol/L的溶液，作為包覆相。(3)將稱量好的Bi203、Ti02、Nb205和Sb203作為被包覆相，與上述包覆相混合后振 蕩均勻，制得混合懸浮液。(4)將混合懸浮液在均勻攪拌的條件下，送入噴霧干燥器的離心噴頭，將混合懸浮 液高速離心霧化，使包覆相包覆于被包覆相的顆粒表面，并在溫度為250°C、速度為120m/s 的氣流下干燥，經(jīng)旋風(fēng)分離器和袋式除塵器收集，得到混合物粉末。(5)將上述混合物粉末在850°C下保溫煅燒3小時(shí)，制得禮側(cè)妝。^!^.』、。^) (Nb0. 9504Sb0. 04TI0. 0096 )03無鉛壓電陶瓷粉體。利用本實(shí)施例制備的(K
0. 4752^0. 48^10. 04^10. 0048) (NbQ 9504§匕0. 04丁土0. 0096
)03無鉛壓電陶
瓷粉體經(jīng)傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝制得(Ka^Na^Li。， Bio. 0048) (Nb0. 9504Sb0. 04TI0. 0096
)03無鉛壓
電陶瓷，按常規(guī)方法對其進(jìn)行電學(xué)性能測試，結(jié)果見表5。該陶瓷樣品在10kHz條件下的介 電-溫度曲線圖和在10Hz條件下的電滯回線圖分別見圖8和圖9。表5.經(jīng)實(shí)施例5制得的陶瓷樣品的電學(xué)性能測試結(jié)果
實(shí)施例6 (1)以 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20、C4H6Mn04 4H20、Bi203、Ti02、Nb205 和 Sb203 為
原料，按照化學(xué)式 (K〇.4752^0. 48[土0. 04^10. 0048) (NbQ 9504§匕0. 04丁土0. 0096
)03+0.4%Mn0的化學(xué)計(jì)量比 稱量進(jìn)行配料，其中Ti02、Nb205和Sb203的粒徑均為0. 5微米，Bi203的粒徑為1微米。
(2)在攪拌條件下將 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20 和 C4H6Mn04 4H20 溶于水中，形 成均一穩(wěn)定的陽離子的總濃度為lmol/L的溶液，作為包覆相。(3)將稱量好的Bi203、Ti02、Nb205和Sb203作為被包覆相，與上述包覆相混合后振 蕩均勻，制得混合懸浮液。(4)將混合懸浮液在均勻攪拌的條件下，送入噴霧干燥器的離心噴頭，將混合懸浮 液高速離心霧化，使包覆相包覆于被包覆相的顆粒表面，并在溫度為250°C、速度為120m/s 的氣流下干燥，經(jīng)旋風(fēng)分離器和袋式除塵器收集，得到混合物粉末。(5)將上述混合物粉末在800°C下保溫煅燒4小時(shí)，制得(K^mNa^LigBi。.—) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+0. 4% MnO 無鉛壓電陶瓷粉體。利用本實(shí)施例制備的禮卿妝^山‘浙。.—)(Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096)03+0 . 4%MnO無 鉛壓電陶瓷粉體經(jīng)傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝制得(Ka.NacLic Bio. 0048) (Nb0. 9504Sb0. 04TI0. 0096) O3+O. 4% MnO無鉛壓電陶瓷，按常規(guī)方法對其進(jìn)行電學(xué)性能測試，結(jié)果見表6。表6.經(jīng)實(shí)施例6制得的陶瓷樣品的電學(xué)性能測試結(jié)果 實(shí)施例7 (1)以 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20、C4H6Mn04 4H20、Y203、Nb205 和 Sb203 為原料， 按照化學(xué)式 (K〇.4776^0. 4776^10. 0398Yo. 005) (Nb0. 9552SbQ_ 0398Mll0. 005 )03的化學(xué)計(jì)量比稱量進(jìn)行配料， 其中Nb205和Sb203的粒徑均為0. 5微米，Y203的粒徑為1. 2微米。 (2)在攪拌條件下將 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20 和 C4H6Mn04 4H20 溶于水中，形 成均一穩(wěn)定的陽離子的總濃度為lmol/L的溶液，作為包覆相。(3)將稱量好的Nb205、Sb203和Y203作為被包覆相，加入到上述包覆相中，混合振蕩 均勻，制得混合懸浮液。(4)將混合懸浮液在均勻攪拌的條件下，送入噴霧干燥器的離心噴頭，將混合懸浮 液高速離心霧化，使包覆相包覆于被包覆相的顆粒表面，并在溫度為200°C、速度為100m/S 的氣流下干燥，經(jīng)旋風(fēng)分離器和袋式除塵器收集，得到混合物粉末。(5)將上述混合物粉末在850 °C下保溫煅燒3小時(shí)，制得(Ka 4776Na0.4776Li0. _YQ. 005) (Nb0.9552Sb0.0398Mn0.005) 03 無鉛壓電陶瓷粉體。利用本實(shí)施例制備的(K0 .4776^0. 4776^10. 0398^0. 005) (Nb0. 9552§^)0. 0398^0. 005
)03無鉛壓電陶瓷粉體經(jīng)傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝制得(K 0. 4776^0. 4776^10. 0398^0. 005) (Nb0. 9552§^)0. 0398^0.〇05
)03無鉛壓
電陶瓷，按常規(guī)方法對其進(jìn)行電學(xué)性能測試，結(jié)果見表7。該陶瓷樣品在10kHz條件下的介 電-溫度曲線圖見圖10。 表7.經(jīng)實(shí)施例7制得的陶瓷樣品的電學(xué)性能測試結(jié)果 實(shí)施例8 (1)以 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20、Cu (N03) 2 3H20、Bi203、Ti02、Nb205 和 Sb203 為
原料，按照化學(xué)式 (K〇.4752^0. 48[土0. 04^10. 0048) (NbQ 9504§匕0. 04丁土0. 0096
)03+1.0% CuO的化學(xué)計(jì)量比 稱量進(jìn)行配料，其中Ti02、Nb205和Sb203的粒徑均為0. 5微米，Bi203的粒徑為1微米。(2)在攪拌條件下將 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20 和 Cu (N03) 2 3H20 溶于水中，形 成均一穩(wěn)定的陽離子的總濃度為4mol/L的溶液，作為包覆相。(3)將稱量好的Bi203、Ti02、Nb205和Sb203作為被包覆相，加入到上述包覆相中，混 合振蕩均勻，制得混合懸浮液。(4)將混合懸浮液在均勻攪拌的條件下，送入噴霧干燥器的離心噴頭，將混合懸浮 液高速離心霧化，使包覆相包覆于被包覆相的顆粒表面，并在溫度為200°C、速度為100m/S 的氣流下干燥，經(jīng)旋風(fēng)分離器和袋式除塵器收集，得到混合物粉末。(5)將上述混合物粉末在780°C下保溫煅燒4小時(shí)，制得(K^mNa^Li^BiQ.ocJ (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+l. 0% CuO 無鉛壓電陶瓷粉體。利用本實(shí)施例制備的禮卿妝^！^⑶‘帽)(Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+l. 0% CuO無 鉛壓電陶瓷粉體經(jīng)傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝制得(Ka.NacLic Bio. 0048) (Nb0. 9504Sb0. 04TI0. 0096) O3+I. 0% CuO無鉛壓電陶瓷，按常規(guī)方法對其進(jìn)行電學(xué)性能測試，結(jié)果見表8。表8.經(jīng)實(shí)施例8制得的陶瓷樣品的電學(xué)性能測試結(jié)果 實(shí)施例9:(1)以 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20、C4H6Mn04 4H20、Cu (N03) 2 3H20、Bi203、Ti02、
Nb205 和 Sb203 為原料，按照化學(xué)式(K0.4752Na0.48Li0.04Bi0.0048) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+l. 0 % Cu0+0. 2% MnO的化學(xué)計(jì)量比稱量進(jìn)行配料，其中Ti02、Nb205和Sb203的粒徑均為0. 5微米， Bi203的粒徑為1微米。(2)在攪拌條件下將 K2C03、Na2C03、CH3C00Li 2H20,C4H6Mn04 *4H20 和 Cu (N03) 2 '3H20 溶于水中，形成均一穩(wěn)定的陽離子的總濃度為4mol/L的溶液，作為包覆相。(3)將稱量好的Bi203、Ti02、Nb205和Sb203作為被包覆相，加入到上述包覆相中，混 合振蕩均勻，制得混合懸浮液。(4)將混合懸浮液在均勻攪拌的條件下，送入噴霧干燥器的離心噴頭，將混合懸浮液高速離心霧化，使包覆相包覆于被包覆相的顆粒表面，并在溫度為200°C、速度為80m/s 的氣流下干燥，經(jīng)旋風(fēng)分離器和袋式除塵器收集，得到混合物粉末。(5)將上述混合物粉末在800°C下保溫煅燒3小時(shí)，制得(K^mNa^LigBi。.—) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+l. 0% Cu0+0. 2% MnO 無鉛壓電陶瓷粉體。利用本實(shí)施例制備的(K0.4752Na0.48Li0.04Bi0.0048)(Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+l. 0 % Cu0+0. 2 % MnO無鉛壓電陶瓷粉體經(jīng)傳統(tǒng)的陶瓷制備工藝制得(Ka 4752Na(1.&、』、_) (Nb0.9504Sb0.04Ti0.0096) 03+l. 0% Cu0+0. 2% MnO無鉛壓電陶瓷，按常規(guī)方法對其進(jìn)行電學(xué)性能 測試，結(jié)果見表9。該陶瓷樣品在10kHz條件下的介電一溫度曲線圖見圖11。表9.經(jīng)實(shí)施例9制得的陶瓷樣品的電學(xué)性能測試結(jié)果 通式(K^NauLivAj (Nb^^Sb^J 03 或軋^恥山！人)(Nb^Sb^) 03+aMa0e 中的 元素A可以為Li、Na、K、kg、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cu、Bi、La或Y中的一種或一種以上，元素 H 可以為 Al、Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、&、Mo、Tc、Sn、Pr、Pu、Th、Hf、Ge、Sb、Te、 Ta 或 W 中的一種或一種以上，元素 M 可以為 Li、Na、K、kg、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cu、Bi、La、Y、 Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Zr、Mo、Tc、Sn、Pr、Pu、Th、Hf、Ge、Sb、Te、Ta、ff 中的一 種或一種以上。含K化合物除1(20)3以外，還可以采用碳酸氫鉀、硝酸鉀、甲酸鉀、醋酸鉀、草 酸鉀、檸檬酸鉀、乙醇鉀、叔丁醇鉀、苯酚鉀、乙炔鉀或氫氧化鉀。含Na化合物除Na2C03以 外，還可以采用碳酸氫鈉、硝酸鈉、甲酸鈉、醋酸鈉、草酸鈉、檸檬酸鈉、乙醇鈉、叔丁醇鈉、苯 酚鈉、乙炔鈉或氫氧化鈉。
10
權(quán)利要求
一類鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷粉體，其特征在于該陶瓷粉體的化學(xué)通式為(K1-u-vNauLivAw)(Nb1-n-wSbnHw)O3或(K1-u-vNauLivAw)(Nb1-n-wSbnHw)O3+a MαOβ，式中，u、v、w、n分別表示相應(yīng)的元素在該化學(xué)組成中所占的摩爾數(shù)，0.4≤u≤0.6，0≤v≤0.1，0≤w≤0.1，0≤n≤0.1，a為氧化物MαOβ所占的摩爾百分比，0≤a≤0.1，α＝1，2或3，β＝1，2，3，4或5，A為Li、Na、K、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cu、Bi、La或Y中的一種或一種以上，H為Al、Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Zr、Mo、Tc、Sn、Pr、Pu、Th、Hf、Ge、Sb、Te、Ta或W中的一種或一種以上，M為Li、Na、K、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cu、Bi、La、Y、Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ce、Zr、Mo、Tc、Sn、Pr、Pu、Th、Hf、Ge、Sb、Te、Ta、W中的一種或一種以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷粉體的制備方法，其特征在于該 粉體的粒徑不超過3 ym。
3.—種權(quán)利要求1所述的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷粉體的制備方法，其特征在于包括 以下步驟(1)按權(quán)利要求1所述通式的化學(xué)計(jì)量比，稱取各元素相應(yīng)的化合物作為原料，原料中 含K、Na或Li的化合物為可溶性化合物，含Nb或Sb的化合物為不溶于水或難溶于水的化 合物粉末，含A或H的化合物為可溶性化合物或者為不溶于水或難溶于水的化合物粉末，含 M的化合物為可溶性含氧化合物或者為不溶于水或難溶于水的含氧化合物粉末；所述不溶 于水或難溶于水的化合物粉末或者含氧化合物粉末的粒徑不超過2微米；(2)將步驟(1)所選原料中可溶性的原料溶解于水中，使之形成均一穩(wěn)定的溶液，作為 包覆相；(3)將步驟(1)所選原料中不溶于水或難溶于水的原料作為被包覆相，與包覆相混合 后振蕩均勻，得到混合懸浮液；(4)將混合懸浮液在攪拌條件下，送入噴霧干燥器中高速離心霧化，使包覆相包覆于被 包覆相的顆粒表面，并在氣流下于200 300°C干燥，經(jīng)旋風(fēng)分離器和袋式除塵器收集，制 得至少含K、Na、Nb元素的混合物粉末；(5)將上述混合物粉末在700 950°C下保溫煅燒2 5小時(shí)，制得鈮酸鉀鈉基無鉛壓 電陶瓷粉體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷粉體的制備方法，其特征在于步 驟(1)中所述含K化合物為碳酸鉀、碳酸氫鉀、硝酸鉀、甲酸鉀、醋酸鉀、草酸鉀、檸檬酸鉀、 乙醇鉀、叔丁醇鉀、苯酚鉀、乙炔鉀或氫氧化鉀中的任一種；含Na化合物為碳酸鈉、碳酸氫 鈉、硝酸鈉、甲酸鈉、醋酸鈉、草酸鈉、檸檬酸鈉、乙醇鈉、叔丁醇鈉、苯酚鈉、乙炔鈉或氫氧化 鈉中的任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷粉體的制備方法，其特征在于將 步驟(1)所選原料中可溶性的原料溶解于水中，使之形成均一穩(wěn)定的陽離子的總濃度為 0. 1 4mol/L的溶液，作為包覆相。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷粉體的制備方法，其特征在于步 驟⑷中所述氣流的流速為50 150m/s。
全文摘要
本發(fā)明公開了一類鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷粉體及其制備方法。該粉體的化學(xué)通式為(K1-u-vNauLivAw)(Nb1-n-wSbnHw)O3或(K1-u-vNauLivAw)(Nb1-n-wSbnHw)O3+a MαOβ。其制備方法是將至少包括可溶性的含K化合物和含Na化合物的可溶性原料溶于水中，形成均一穩(wěn)定的溶液，作為包覆相；將不溶于水或難溶于水的至少包括含Nb化合物粉末的原料作為被包覆相，與包覆相混合，制得混合懸浮液，經(jīng)噴霧干燥，得到相應(yīng)的混合物粉末，再經(jīng)煅燒，制得鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷粉體。本發(fā)明的壓電陶瓷粉體組分分布均一性好，粒徑小、分布均勻，且工藝條件簡單可控、效率高、能耗低、污染小、適宜工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C04B35/626GK101857436SQ201010203300
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者劉甜甜, 劉益雄, 張國喜, 李檜林, 黃焱球 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)