铌酸钾钠基多层压电陶瓷元件及其设备制作方法与制作流程

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本技术所述的一种铌酸钾钠基多层压电陶瓷元件，所述铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的配方化学计量通式为：[(Na0.52K0.44)1-x Li x](Nb0.93-y Sb0.07Ta y)O3，其中0.02≤x≤0.06，0.02≤y≤0.06，其压电常数为300-350pC/N甚至更高，介电常数为1700-2000,机电耦合系数为0.40-0.45。

技术要求

1.一种铌酸钾钠基多层压电陶瓷元件，其特征在于，所述铌酸钾钠基无

铅压电陶瓷原件的配方化学计量通式为：

[(Na0.52K0.44)1-x Li x](Nb0.93-y Sb0.07Ta y)O3

其中0.02≤x≤0.06，0.02≤y≤0.06。

2.一种权利要求1所述铌酸钾钠基多层压电陶瓷元件的制备方法，其特征

在于，包括下述步骤：

S1、预处理

将[(Na0.52K0.44)1-x Li x](Nb0.93-y Sb0.07Ta y)O3所需原料干燥球磨后得到位径为

700-1300nm的浆料；

S2、初次煅烧和球磨粉碎

将步骤S1制备的浆料烘干，粉碎过筛后在温度为800℃-850℃煅烧2-5h，

冷却，然后以无水乙醇为分散剂，以氧化锆球为球磨介质球磨后得到位径为1500-2000nm的浆料；

S3、二次煅烧和球磨粉碎

将步骤S2制备的浆料烘干粉碎过筛后在温度为800℃-850℃煅烧2-5h，冷

却，然后以无水乙醇为分散剂，以氧化锆球为球磨介质球磨后得到位径

700-1300nm的浆料，烘干后为铌酸钾钠系陶瓷粉体；

S4、流延成型

按照铌酸钾钠系陶瓷粉体：粘结剂：溶剂的体积比例为1:0.25-0.35：

0.35-0.5的比例加入到球磨罐中，以氧化锆球为球磨介质，球磨后的浆料用真空泵除气脱泡1-2h后静置，使用流延机流延成膜厚为10-200μm的薄膜；

S5、印刷、叠层、热压和切割

流延得到的膜片根据需要印刷电极图案，第一层烘干后放上新的膜片，

压合后继续印刷电极，如此循环印刷叠层至设计的层数；叠层后的多层膜片塑封，热压后连接好端电极，得到最终的多层陶瓷生坯；

S6、排胶、共烧结和极化

将陶瓷生坯用氧化铝或氧化锆承烧板夹持后，埋在氧化铝陶瓷粉中，置

于电炉内，在200-500℃间缓慢升温排胶，升温速度为10-12℃/h；排胶后的生坯在1050-1100℃下烧结2-4h，后随炉冷却，极化，即可。

3.根据权利要求2所述的铌酸钾钠基多层压电陶瓷元件的制备方法，其特

征在于，

所述步骤S1是将碱金属原料在60-80℃烘干8-12h，并与Nb2O5、Ta2O5、

Sb2O3混合后以无水乙醇为分散剂，以氧化锆球为球磨介质进行球磨。

征在于，

所述的碱金属原料为Li2CO3、Na2CO3和K2CO3。

5.根据权利要求2所述的铌酸钾钠基多层压电陶瓷元件的制备方法，其特征在于，所述步骤S2和步骤S3中浆料过60目筛。

6.根据权利要求2所述的铌酸钾钠基多层压电陶瓷元件的制备方法，其特征在于，

所述步骤S4中的粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，所述溶剂为甲苯或二甲苯、无水乙醇、异丙醇中的一种或其中几种的混合物。

7.根据权利要求2所述的铌酸钾钠基多层压电陶瓷元件的制备方法，其特征在于，

所述步骤S5中电极材料选用银钯合金、镍或铜。

8.根据权利要求7所述的铌酸钾钠基多层压电陶瓷元件的制备方法，其特征在于，

所述步骤S5中的热压是在温度为60-80℃，压力为40-60MPa条件下保持10～30分钟。

9.根据权利要求2所述的铌酸钾钠基多层压电陶瓷元件的制备方法，其特征在于，

所述步骤S6中所述的陶瓷生坯用承烧板支撑以防止升温过程中收缩不均匀而变形。

10.根据权利要求9所述的铌酸钾钠基多层压电陶瓷元件的制备方法，

其特征在于，

所述步骤S6中所述极化是将烧结得到的多层陶瓷样品采用硅油油浴极化或空气极化。

其特征在于，

所述的硅油油浴极化的工艺条件为：硅油油浴温度为60-120℃，极化场强

为2-3kV/mm，极化时间为20-30分钟；所述的空气极化的条件为：空气中极化温度为60-120℃，极化场强为1-2kV/mm，极化时间为20-30分钟。

说明书

一种铌酸钾钠基多层压电陶瓷元件及其制备方法

技术领域

本技术涉及功能陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种锂、锑、钽共掺杂铌

酸钾钠基多层压电陶瓷元件，本技术还进一步涉及到锂、锑、钽共掺杂铌酸钾钠基多层压电陶瓷元件的制备方法。

背景技术

多层压电陶瓷元件是一种重要的电子功能陶瓷元件，相比于普通单层压

电陶瓷元件，具有驱动电压低，压电应变大，易于小型化、薄型化等优点。

多层压电陶瓷元件广泛用于压电变压器，压电驱动器，压电扬声器，压电浮

能器，以及多层陶瓷电容器，其中压电驱动器包括汽车发动机喷油系统，超

声马达，直线超声电机，微位移器等高精尖领域，而且多层器件体积小、用

量大，所以多层压电陶瓷的研究具有重要的科学意义和市场价值。然而，目

前多层压电陶瓷选用的原材料多为锆钛酸铅系陶瓷，含有60wt％以上的有毒氧化铅，在生产、使用和废弃过程中极易对人体的健康和环境造成危害。2006 年，欧盟发布和实施RoHS指令(关于限制在电子电器设备中使用某些有害成

分的指令)，禁止在电子产品中使用铅等有害成分，随后中美韩日等国也相

继发布或计划发布类似的法令。随后世界掀起了研究锆钛酸铅系压电陶瓷的

替代材料，即无铅压电陶瓷的热潮。尽管现在锆钛酸铅系压电陶瓷仍享有这

一指令的特赦权，欧盟每年都会对无铅体系压电陶瓷替代铅系压电陶瓷的技

术水平进行评估，一旦时机成熟，将会立即推行压电陶瓷的无铅化进程。所

以以无铅压电陶瓷为原材料的多层压电陶瓷的制备技术具有可预见而迫切的

应用价值。

铌酸钾钠系压电陶瓷以其单位重量下较好的压电和介电性能和较高的居

里温度，一直是最重要的无铅压电陶瓷材料体系之一。2004年，日本学者Saito 等人通过锂、锑、钽共掺杂和织构化实现了铌酸钾钠系压电材料压电性能的

突破，其中固相法共掺杂得到的最优压电常数首次达到了300pC/N以上。经过国内外学者进一步的研究和改进，铌酸钾钠系无铅压电陶瓷已经成为最具潜

力替代铅系压电陶瓷的材料体系之一。目前，铌酸钾钠系无铅压电陶瓷多层

元件的研究和制备正处于快速发展的阶段，本技术使用具有高介电、高压电

性能的锂、锑、钽共掺杂的铌酸钾钠陶瓷配方，通过改进后的制备工艺制备

多层无铅压电陶瓷元件，具有重要的生产实践意义。