專利名稱：一種無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電陶瓷薄膜的制備方法，尤其涉及一種鈮酸鉀鈉無(wú)鉛壓電薄膜 材料的制備方法。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷具有正、逆壓電效應(yīng)、響應(yīng)快、功耗低、位移分辯率高等優(yōu)點(diǎn)，作為傳感器 和驅(qū)動(dòng)器在精密機(jī)械、電子技術(shù)、生物工程、通訊技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)、微電子系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)壓電功能器件的小型 化、微型化提出了越來(lái)越高的要求，由于壓電陶瓷薄膜厚度僅為幾十納米到幾個(gè)微米，易于 與基體結(jié)構(gòu)相集成，引起了人們特別的關(guān)注。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，氮化鋁(AlN)、鈦酸鋇(BaTiO3)、鈦酸鉛(PbTiO3)、羅謝爾鹽 (NaKC2MO6 · 4H20)、氧化鋅(ZnO)、鋯鈦酸鉛(PbZrxTihO3, PZT)和聚偏二氟乙烯(PVDF)等 壓電薄膜被先后制備出來(lái)。而其中PZT壓電陶瓷薄膜因具有良好的機(jī)電耦合特性、高居里 溫度點(diǎn)、強(qiáng)自發(fā)極性等眾多優(yōu)異性能而被廣泛地應(yīng)用于光、電、熱、聲等高科技領(lǐng)域，尤其在 微電子和光電子領(lǐng)域內(nèi)有著廣闊的應(yīng)用前景。然而PbO占PZT薄膜原料總量的60%左右， 在生產(chǎn)、使用和廢棄時(shí)都會(huì)對(duì)人體及環(huán)境產(chǎn)生危害，不適應(yīng)生態(tài)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求。 近年來(lái)歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)把PbO定為限用對(duì)象，歐洲議會(huì)通過(guò)了關(guān)于“電器和電子設(shè)備 中限制有害物質(zhì)”的法令，并定于2006年實(shí)施。其中在被限制使用的物質(zhì)中就包括含鉛的 壓電器件。歐洲共同體立項(xiàng)151萬(wàn)歐元進(jìn)行關(guān)于無(wú)鉛系壓電陶瓷及器件的研究與開(kāi)發(fā)。美 國(guó)、日本也相繼通過(guò)類似的法令，并已逐年提高了對(duì)研制無(wú)鉛系壓電陶瓷器件項(xiàng)目的支持 力度。我國(guó)目前也已經(jīng)將無(wú)鉛壓電陶瓷及器件的研究課題列入最新的國(guó)家“863”計(jì)劃中。壓電薄膜材料的發(fā)展是隨著壓電陶瓷材料的發(fā)展而發(fā)展的。目前無(wú)鉛壓電陶瓷 主要有兩大類一類是含鉍的無(wú)鉛壓電陶瓷，由于Bi也是一種重金屬，對(duì)人體和環(huán)境也會(huì) 造成很大的危害，另外根據(jù)國(guó)外最新的研究報(bào)道，BNT陶瓷存在較高的矯頑場(chǎng)(EC = 73KV/ cm)，導(dǎo)致極化困難。目前關(guān)于BNT陶瓷的研究主要在摻雜改性上做文章。另一類是鈮酸鹽 無(wú)鉛壓電陶瓷，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)摩爾比K/Na接近1 1時(shí)，S卩Ka5Naa5NbO3(簡(jiǎn)稱KNN)，陶瓷固 溶體各項(xiàng)性能最好。KNN屬鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，其居里溫度為415°C，室溫下為斜方相，被視為替代 傳統(tǒng)PZT陶瓷的候選材料之一。雖然溶膠-凝膠法制備陶瓷薄膜具有眾多優(yōu)點(diǎn)，但是通常需要進(jìn)一步加熱以控制 化學(xué)計(jì)量比和優(yōu)化晶粒取向，制得的薄膜致密性較差，干燥處理過(guò)程中易出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，薄 膜結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)速率對(duì)基片和電極材料很敏感。然而水熱法可以彌補(bǔ)溶膠-凝膠法制備陶瓷 薄膜的不足，它是在液相中一次完成，不需要后期的高溫退火熱處理，這就避免了薄膜在熱 處理過(guò)程中可能導(dǎo)致的卷曲、開(kāi)裂、晶粒粗化，薄膜與襯底或氣氛反應(yīng)等缺陷；而且水熱法 制備薄膜的設(shè)備簡(jiǎn)單，水熱處理溫度較低，避免了水熱處理前后薄膜與襯底成分的互擴(kuò)散， 所得薄膜純度高，均一性好；薄膜與襯底結(jié)合牢固，不但不受襯底形狀和尺寸限制，且可以 控制薄膜中晶相顆粒大小。水熱法也屬于環(huán)境友好型薄膜制備方法。
三、技術(shù)方案1、技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方 法，尤其涉及一種在低溫條件下制備無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的方法。2、技術(shù)方案為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了兩種技術(shù)方案的無(wú)鉛壓電 陶瓷薄膜制備方法。技術(shù)方案一本技術(shù)方案的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法包括下列步驟步驟一稱取Nb2O5，沸水浴條件下溶解于氫氟酸(簡(jiǎn)稱為HF)中，得到Nb2F5溶液；步驟二向步驟一得到的Nb2F5溶液中按η(Nb2O5) η(草酸銨)=1 6加入草 酸銨溶液并充分混合；步驟四向步驟二得到的混合液中逐滴加入氨水，產(chǎn)生白色他(0!1)5沉淀；步驟五將步驟四所得的Nb (OH) 5沉淀在60 80°C陳化，過(guò)濾并洗滌后溶解于檸 檬酸溶液中，得到Nb-檸檬酸溶液；步驟六稱取步驟五得到的Nb-檸檬酸溶液，按照摩爾比n(K+) η(Na+) η(Nb5+) =1:1: 2，加入K2C03、Na2C03粉末，待1(20)3力￡120)3全部溶解后得到混合液；再向所得的 混合液中加入氨水，調(diào)節(jié)其PH值接近7. 5后再加入乙二醇，并不斷攪拌，得到鈮酸鉀鈉(簡(jiǎn) 稱為KNN)前驅(qū)體溶膠；步驟七將步驟六所得的溶膠涂覆在硅基片上，并進(jìn)行烘干；本步驟中，可先將步 驟六所得的溶膠在60 80°C溫度下蒸發(fā)部分水分，使其具有粘度，以能夠均勻地涂覆在硅 基片上為宜，再進(jìn)行涂覆。為了達(dá)到更好的涂覆效果，溶膠涂覆在硅基片上并烘干后，在馬 弗爐中以2 5°C /min的升溫速率升溫至300 400°C，并保溫30min，再重復(fù)涂覆烘干升 溫并保溫的過(guò)程至少6次。步驟八將步驟七經(jīng)涂覆溶膠的硅基片置于150 300°C溫度下水熱處理1 36 小時(shí)。技術(shù)方案二 本技術(shù)方案的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法包括下列步驟步驟一稱取Nb2O5，沸水浴條件下溶解于氫氟酸(簡(jiǎn)稱為HF)中，得到Nb2F5溶液；步驟二向步驟一得到的Nb2F5溶液中按η(Nb2O5) η(草酸銨)=1 6加入草 酸銨溶液并充分混合；步驟四向步驟二得到的混合液中逐滴加入氨水，產(chǎn)生白色他(0!1)5沉淀；步驟五將步驟四所得的Nb (OH) 5沉淀在60 80°C陳化，過(guò)濾并洗滌后溶解于檸 檬酸溶液中，得到Nb-檸檬酸溶液；步驟六稱取步驟五得到的Nb-檸檬酸溶液，按照摩爾比n(K+) η(Na+) η(Nb5+) =1:1: 2，加入K2C03、Na2C03粉末，待1(20)3力￡120)3全部溶解后得到混合液；再向所得的 混合液中加入氨水，調(diào)節(jié)其PH值接近7. 5后再加入乙二醇，并不斷攪拌，得到鈮酸鉀鈉(簡(jiǎn) 稱為KNN)前驅(qū)體溶膠；步驟七將步驟六所得的溶膠涂覆在硅基片上，再在150 300°C下進(jìn)行預(yù)熱處理 1 16h ；為了達(dá)到較好的涂覆效果，可先將步驟六所得的溶膠在60 80°C溫度下蒸發(fā)部 分水分，使其具有粘度，以能夠均勻地涂覆在硅基片上為宜，再進(jìn)行涂覆。步驟八將步驟七經(jīng)預(yù)熱處理后的硅基片置于150 300°C溫度下水熱處理1 36小時(shí)。
本技術(shù)方案的低溫晶化方法將溶膠_凝膠法和水熱法結(jié)合在一起，利用溶膠_凝 膠法制備濕膜，然后通過(guò)水熱處理，使其晶粒生長(zhǎng)，得到致密性較高的薄膜。本發(fā)明的兩 種技術(shù)方案總體上經(jīng)過(guò)無(wú)鉛壓電陶瓷溶膠的制備、成膜、預(yù)熱處理和水熱低溫晶化四個(gè)階 段。其中，進(jìn)行無(wú)鉛壓電陶瓷溶膠制備的過(guò)程中，用金屬醇鹽法、檸檬酸(Pechini)法或 者草酸鹽法等制備無(wú)鉛壓電陶瓷溶膠；在成膜階段，通過(guò)勻膠(spin-coating)、浸漬提拉 (dip-coating)、噴涂(spraying)或刷涂(painting)等方法成膜；在預(yù)熱處理階段，將已形 成的膜在150-300°C下進(jìn)行預(yù)熱處理l_16h ；在水熱低溫晶化階段，將已涂覆的膜在水熱條 件下(150-30(TC，l-36h)進(jìn)行處理，得到晶化的無(wú)鉛壓電鈮酸鉀鈉薄膜。3、有益效果本發(fā)明針對(duì)目前環(huán)境友好型鈮酸鉀鈉壓電薄膜制備方法中的不足， 尤其是溶膠_凝膠法制備薄膜需要后期的晶化熱處理，帶來(lái)宏觀缺陷的問(wèn)題，結(jié)合溶膠_凝 膠法和水熱法制備薄膜的優(yōu)點(diǎn)，采用水熱_溶膠凝膠法制備鈮酸鉀鈉無(wú)鉛壓電薄膜，減少 薄膜的宏觀缺陷和裂紋，以便減少薄膜電極間的漏電流值，提高薄膜的壓電特性；對(duì)我國(guó)壓 電鐵電陶瓷的無(wú)鉛化革命做出貢獻(xiàn)，同時(shí)促進(jìn)無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜在納米制造、MEMS、超精密 加工等領(lǐng)域的應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法包括下列步驟步驟一稱取Nb2O5，沸水浴條件下溶解于氫氟酸(簡(jiǎn)稱為HF)中，得到Nb2F5溶液；步驟二向步驟一得到的Nb2F5溶液中按η (Nb2O5) η(草酸銨)=1 6加入草 酸銨溶液并充分混合；步驟四向步驟二得到的混合液中逐滴加入氨水，產(chǎn)生白色他(0!1)5沉淀；步驟五將步驟四所得的Nb (OH)5沉淀在60°C陳化，過(guò)濾并洗滌后溶解于檸檬酸 溶液中，得到Nb-檸檬酸溶液；步驟六稱取步驟五得到的Nb-檸檬酸溶液，按照摩爾比n(K+) η(Na+) η(Nb5+) =1:1: 2，加入K2C03、Na2C03粉末，待1(20)3力￡120)3全部溶解后得到混合液；再向所得的 混合液中加入氨水，調(diào)節(jié)其PH值接近7. 5后再加入乙二醇，并不斷攪拌，得到鈮酸鉀鈉(簡(jiǎn) 稱為KNN)前驅(qū)體溶膠；步驟七將步驟六所得的溶膠涂覆在硅基片上，并進(jìn)行烘干；本步驟中，可先將步 驟六所得的溶膠在60°C溫度下蒸發(fā)部分水分，使其具有粘度，以能夠均勻地涂覆在硅基片 上為宜，再進(jìn)行涂覆。為了達(dá)到更好的涂覆效果，溶膠涂覆在硅基片上并烘干后，在馬弗爐 中以2°C /min的升溫速率升溫至300°C，并保溫30min，再重復(fù)涂覆烘干升溫并保溫的過(guò)程 6次。步驟八將步驟七經(jīng)涂覆溶膠的硅基片置于150°C溫度下水熱處理1小時(shí)。實(shí)施例二 本實(shí)施例的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法包括下列步驟步驟一稱取Nb2O5，沸水浴條件下溶解于氫氟酸(簡(jiǎn)稱為HF)中，得到Nb2F5溶液；步驟二向步驟一得到的Nb2F5溶液中按η (Nb2O5) η(草酸銨)=1 6加入草 酸銨溶液并充分混合；步驟四向步驟二得到的混合液中逐滴加入氨水，產(chǎn)生白色他(0!1)5沉淀；
步驟五將步驟四所得的Nb (OH) 5沉淀在80°C陳化，過(guò)濾并洗滌后溶解于檸檬酸 溶液中，得到Nb-檸檬酸溶液；步驟六稱取步驟五得到的Nb-檸檬酸溶液，按照摩爾比n(K+) η(Na+) η(Nb5+) =1:1: 2，加入K2C03、Na2C03粉末，待1(20)3力￡120)3全部溶解后得到混合液；再向所得的 混合液中加入氨水，調(diào)節(jié)其PH值接近7. 5后再加入乙二醇，并不斷攪拌，得到鈮酸鉀鈉(簡(jiǎn) 稱為KNN)前驅(qū)體溶膠；步驟七將步驟六所得的溶膠涂覆在硅基片上，并進(jìn)行烘干；本步驟中，可先將步 驟六所得的溶膠在80°C溫度下蒸發(fā)部分水分，使其具有粘度，以能夠均勻地涂覆在硅基片 上為宜，再進(jìn)行涂覆。為了達(dá)到更好的涂覆效果，溶膠涂覆在硅基片上并烘干后，在馬弗爐 中以5°C /min的升溫速率升溫至400°C，并保溫30min，再重復(fù)涂覆烘干升溫并保溫的過(guò)程 10次。步驟八將步驟七經(jīng)涂覆溶膠的硅基片置于300°C溫度下水熱處理1 36小時(shí)。實(shí)施例三本實(shí)施例的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法包括下列步驟步驟一稱取Nb2O5，沸水浴條件下溶解于氫氟酸(簡(jiǎn)稱為HF)中，得到Nb2F5溶液；步驟二向步驟一得到的Nb2F5溶液中按η (Nb2O5) η(草酸銨)=1 6加入草 酸銨溶液并充分混合；步驟四向步驟二得到的混合液中逐滴加入氨水，產(chǎn)生白色他(0!1)5沉淀；步驟五將步驟四所得的Nb (OH) 5沉淀在70°C陳化，過(guò)濾并洗滌后溶解于檸檬酸 溶液中，得到Nb-檸檬酸溶液；步驟六稱取步驟五得到的Nb-檸檬酸溶液，按照摩爾比n(K+) η(Na+) η(Nb5+) =1:1: 2，加入K2C03、Na2C03粉末，待1(20)3力￡120)3全部溶解后得到混合液；再向所得的 混合液中加入氨水，調(diào)節(jié)其PH值接近7. 5后再加入乙二醇，并不斷攪拌，得到鈮酸鉀鈉(簡(jiǎn) 稱為KNN)前驅(qū)體溶膠；步驟七將步驟六所得的溶膠涂覆在硅基片上，并進(jìn)行烘干；本步驟中，可先將步 驟六所得的溶膠在70°C溫度下蒸發(fā)部分水分，使其具有粘度，以能夠均勻地涂覆在硅基片 上為宜，再進(jìn)行涂覆。為了達(dá)到更好的涂覆效果，溶膠涂覆在硅基片上并烘干后，在馬弗爐 中以;TC /min的升溫速率升溫至350°C，并保溫30min，再重復(fù)涂覆烘干升溫并保溫的過(guò)程 12次。步驟八將步驟七經(jīng)涂覆溶膠的硅基片置于250°C溫度下水熱處理24小時(shí)。實(shí)施例四實(shí)施例的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法包括下列步驟步驟一稱取Nb2O5，沸水浴條件下溶解于氫氟酸(簡(jiǎn)稱為HF)中，得到Nb2F5溶液；步驟二向步驟一得到的Nb2F5溶液中按η (Nb2O5) η(草酸銨)=1 6加入草 酸銨溶液并充分混合；步驟四向步驟二得到的混合液中逐滴加入氨水，產(chǎn)生白色Nb (OH) 5沉淀；步驟五將步驟四所得的Nb (OH)5沉淀在60°C陳化，過(guò)濾并洗滌后溶解于檸檬酸 溶液中，得到Nb-檸檬酸溶液；步驟六稱取步驟五得到的Nb-檸檬酸溶液，按照摩爾比n(K+) η(Na+) η(Nb5+) =1:1: 2，加入K2C03、Na2C03粉末，待1(20)3力￡120)3全部溶解后得到混合液；再向所得的 混合液中加入氨水，調(diào)節(jié)其PH值接近7. 5后再加入乙二醇，并不斷攪拌，得到鈮酸鉀鈉(簡(jiǎn)稱為KNN)前驅(qū)體溶膠；步驟七將步驟六所得的溶膠涂覆在硅基片上，再在150°C下進(jìn)行預(yù)熱處理Ih ；為 了達(dá)到較好的涂覆效果，可先將步驟六所得的溶膠在60°C溫度下蒸發(fā)部分水分，使其具有 粘度，以能夠均勻地涂覆在硅基片上為宜，再進(jìn)行涂覆。步驟八將步驟七經(jīng)預(yù)熱處理后的硅基片置于150°C溫度下水熱處理1小時(shí)。實(shí)施例五本實(shí)施例的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法包括下列步驟步驟一稱取Nb2O5，沸水浴條件下溶解于氫氟酸(簡(jiǎn)稱為HF)中，得到Nb2F5溶液；步驟二向步驟一得到的Nb2F5溶液中按η (Nb2O5) η(草酸銨)=1 6加入草 酸銨溶液并充分混合；步驟四向步驟二得到的混合液中逐滴加入氨水，產(chǎn)生白色他(0!1)5沉淀；步驟五將步驟四所得的Nb (OH) 5沉淀在80°C陳化，過(guò)濾并洗滌后溶解于檸檬酸 溶液中，得到Nb-檸檬酸溶液；步驟六稱取步驟五得到的Nb-檸檬酸溶液，按照摩爾比n(K+) η(Na+) η(Nb5+) =1:1: 2，加入K2C03、Na2C03粉末，待1(20)3力￡120)3全部溶解后得到混合液；再向所得的 混合液中加入氨水，調(diào)節(jié)其PH值接近7. 5后再加入乙二醇，并不斷攪拌，得到鈮酸鉀鈉(簡(jiǎn) 稱為KNN)前驅(qū)體溶膠；步驟七將步驟六所得的溶膠涂覆在硅基片上，再在300°C下進(jìn)行預(yù)熱處理16h ； 為了達(dá)到較好的涂覆效果，可先將步驟六所得的溶膠在80°C溫度下蒸發(fā)部分水分，使其具 有粘度，再進(jìn)行涂覆。步驟八將步驟七經(jīng)預(yù)熱處理后的硅基片置于300°C溫度下水熱處理36小時(shí)。實(shí)施六本實(shí)施例的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法包括下列步驟步驟一稱取Nb2O5，沸水浴條件下溶解于氫氟酸(簡(jiǎn)稱為HF)中，得到Nb2F5溶液；步驟二向步驟一得到的Nb2F5溶液中按η (Nb2O5) η(草酸銨)=1 6加入草 酸銨溶液并充分混合；步驟四向步驟二得到的混合液中逐滴加入氨水，產(chǎn)生白色他(0!1)5沉淀；步驟五將步驟四所得的Nb (OH)5沉淀在70°C陳化，過(guò)濾并洗滌后溶解于檸檬酸 溶液中，得到Nb-檸檬酸溶液；步驟六稱取步驟五得到的Nb-檸檬酸溶液，按照摩爾比n(K+) η(Na+) η(Nb5+) =1:1: 2，加入K2C03、Na2C03粉末，待1(20)3力￡120)3全部溶解后得到混合液；再向所得的 混合液中加入氨水，調(diào)節(jié)其PH值接近7. 5后再加入乙二醇，并不斷攪拌，得到鈮酸鉀鈉(簡(jiǎn) 稱為KNN)前驅(qū)體溶膠；步驟七將步驟六所得的溶膠涂覆在硅基片上，再在250°C下進(jìn)行預(yù)熱處理12h ； 為了達(dá)到較好的涂覆效果，可先將步驟六所得的溶膠在70°C溫度下蒸發(fā)部分水分，使其具 有粘度，再進(jìn)行涂覆。步驟八將步驟七經(jīng)預(yù)熱處理后的硅基片置于200°C溫度下水熱處理24小時(shí)。
權(quán)利要求
一種無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法，其特征在于，包括下列步驟步驟一稱取Nb2O5，沸水浴條件下溶解于氫氟酸中，得到Nb2F5溶液；步驟二向步驟一得到的Nb2F5溶液中按n(Nb2O5)∶n(草酸銨)＝1∶6加入草酸銨溶液并充分混合；步驟四向步驟二得到的混合液中逐滴加入氨水，產(chǎn)生白色Nb(OH)5沉淀；步驟五將步驟四所得的Nb(OH)5沉淀在60～80℃陳化，過(guò)濾并洗滌后溶解于檸檬酸溶液中，得到Nb 檸檬酸溶液；步驟六稱取步驟五得到的Nb 檸檬酸溶液，按照摩爾比n(K+)∶n(Na+)∶n(Nb5+)＝1∶1∶2，加入K2CO3、Na2CO3粉末，待K2CO3、Na2CO3全部溶解后得到混合液；再向所得的混合液中加入氨水，調(diào)節(jié)其pH值接近7.5后再加入乙二醇，并不斷攪拌，得到鈮酸鉀鈉前驅(qū)體溶膠；步驟七將步驟六所得的溶膠涂覆在硅基片上，并進(jìn)行烘干；步驟八將步驟七經(jīng)涂覆溶膠的硅基片置于150～300℃溫度下水熱處理1～36小時(shí)。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法，其特征在于，步驟七中，先將步 驟六所得的溶膠在60 80°C溫度下蒸發(fā)部分水分，使其具有粘度，再進(jìn)行涂覆。
3.如權(quán)利要求1或2所述的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法，其特征在于，步驟七中，溶 膠涂覆在硅基片上并烘干后，在馬弗爐中以2 5°C /min的升溫速率升溫至300 400°C， 并保溫30min，再重復(fù)涂覆烘干升溫并保溫的過(guò)程至少6次。
4.一種無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法，其特征在于，包括下列步驟步驟一稱取Nb2O5，沸水浴條件下溶解于氫氟酸中，得到Nb2F5溶液；步驟二向步驟一得到的Nb2F5溶液中按Ii(Nb2O5) n(草酸銨)=1 6加入草酸銨 溶液并充分混合；步驟四向步驟二得到的混合液中逐滴加入氨水，產(chǎn)生白色Nb(OII)5沉淀；步驟五將步驟四所得的Nb (OH) 5沉淀在60 80°C陳化，過(guò)濾并洗滌后溶解于檸檬酸 溶液中，得到Nb-檸檬酸溶液；步驟六稱取步驟五得到的Nb-檸檬酸溶液，按照摩爾比η (K+) η (Na+) η (Nb5+)= 1:1: 2，加入K2C03、Na2CO3粉末，待1(20)3、Na2CO3全部溶解后得到混合液；再向所得的混 合液中加入氨水，調(diào)節(jié)其PH值接近7. 5后再加入乙二醇，并不斷攪拌，得到鈮酸鉀鈉前驅(qū)體 溶膠；步驟七將步驟六所得的溶膠涂覆在硅基片上，再在150 300°C下進(jìn)行預(yù)熱處理1 16小時(shí)；步驟八將步驟七經(jīng)預(yù)熱處理后的硅基片置于150 300°C溫度下水熱處理1 36小時(shí)。
5.如權(quán)利要求4所述的無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的制備方法，其特征在于，步驟七中，先將步 驟六所得的溶膠在60 80°C溫度下蒸發(fā)部分水分，使其具有粘度，再進(jìn)行涂覆。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜的低溫制備方法，將溶膠-凝膠法和水熱法結(jié)合在一起，利用溶膠-凝膠法制備濕膜，然后通過(guò)水熱處理，使其晶粒生長(zhǎng)，得到致密性較高的薄膜。本發(fā)明總體上經(jīng)過(guò)無(wú)鉛壓電陶瓷溶膠的制備、成膜、預(yù)熱處理和水熱低溫晶化四個(gè)階段。本發(fā)明針對(duì)目前環(huán)境友好型鈮酸鉀鈉壓電薄膜制備方法中的不足，尤其是溶膠-凝膠法制備薄膜需要后期的晶化熱處理帶來(lái)宏觀缺陷的問(wèn)題，結(jié)合溶膠-凝膠法和水熱法制備薄膜的優(yōu)點(diǎn)，采用水熱-溶膠凝膠法制備鈮酸鉀鈉無(wú)鉛壓電薄膜，減少薄膜的宏觀缺陷和裂紋，以便減少薄膜電極間的漏電流值，提高薄膜的壓電特性；對(duì)無(wú)鉛壓電陶瓷薄膜在納米制造、MEMS、超精密加工等領(lǐng)域有重要意義。
文檔編號(hào)C04B35/624GK101962293SQ20101029033
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者季宏麗, 朱孔軍, 裘進(jìn)浩 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)