KNN基无铅压电陶瓷的制备及表征

KNN基无铅压电陶瓷的制备与结构性能表征

1、KNN压电陶瓷的制备思路:

（1）分别以AETiO3(AE=Mg、Ca、Sr、Ba)为取代物，制备了0.95(K O.5Na0.5)NbO3-0.05AETi03(AE=Mg、Ca、Sr和Ba)系列陶瓷[KNN—AET]，研究了不同的AE离子对KNN陶瓷的烧结特性、相结构、显微结构和介电及压电性能的影响。[11]陈宏铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备及改性[J]. 陕西师范大学凝聚态物理硕士学位论文2009年5月。

（2）制备1.0wt% LiZeO3掺杂的0.95(K0.5Na0.5)NbO3-0.02AETiO3(AE=Mg、Ca、Sr和Ba)系列陶瓷【KNN-AET-Li]，研究了Li+对低配比的KNN-AET陶瓷的烧结特性、相结构、显微结构、介电性能和压电性能的影响。[11]陈宏铌酸钾钠基无铅

压电陶瓷的制备及改性[J]. 陕西师范大学凝聚态物理硕士学位论文2009年5月。

(3)制备结构致密的高压电性能的KNN基陶瓷目前主要从以下几个方面：1)掺杂改性；2)新的粉体合成方法；3)晶粒定向生长；4)特殊的烧结方法。

[12]朱孔军，裘进浩，苏礼奎，季宏丽，孟兆磊铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料的制备方法.[J] 中国科技论文在线2010年4月第5卷第4期

(4)在MPB附近，材料的压电性能达到最大值，压电应变常数d33达到190-212PC/N加，介电损耗低于1.9%。更普通的NKN无铅压电陶瓷系统(Na，K，Li)(Nb，Sb)O3(简称NKLNS)和(Na，K，Li)(Nb，Ta，Sb)O3(简称NKLNST)分别具有更高的压电活性，d33达到280pC/N和超过300pC/N。本章的主要目的是，通过Li替代K，以期获得具有高居里温度高压电性能的KNN基无铅压电陶瓷。本实验的(Na，K，Li)A位复合和(Nb，Ta)B位复合铌酸盐无铅压电陶瓷材料的化学分子式分别为(Na0.5K0.5-X-Li x)NbO3(x=0.057，0.060，0.063，0.064和0.066)(简称NKLN)和(Na0.5K0.5-X-Li x)Nb0.095Ta0.05O3(x=0.040，0.050，0.053，0.055，0.057和0.066)(简称NKLNT)

[1]亓鹏掺杂改性对铌酸盐无铅压电陶瓷材料性能的影响[J]. 山东大学凝聚态物理专业博士学位论文2008年4月

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2、KNN陶瓷的制备过程

（1）(K O.5Na0.5)NbO3即KNN的制备工艺流程：

配料

配料是陶瓷制备的关键环节，由于KNN基系列电子陶瓷的配料涉及多种不同的氧化物，每种原料必须准确称量，特别是含量相对很小的原料。总量大约为50克的混合物，掺杂物的需要量仅为几百毫克到几克，它们的微量变化对陶瓷的性能影响很大。称料时的误差主要来自两方面:①原料吸水情况;②称量器皿粘附情况。为了保证多次称料的准确性，一般在称量前对原料做烘干处理。烘干的条件是:200℃保温12小时。称量前将精度为0.0001克的梅特勒AG245型高精度电子天平(瑞士)调到水平，预热lh后做自整定等到天平系统稳定以后再进

行称料。为了尽量减小称量器皿粘附原料量，原料称量中使用干燥的称量纸。称量过程中遵循两头大中间小的原则，即先称量含量较多的原料，再称量相对含量较少的原料。而且在称料前，颗粒状原料需人工研磨成粉末。

混料

混料的目的是将各种原料混合均匀，便于合成所需的物相。将称量好的原料、氧化错球和酒精按质量1:2:2的比例混合装入尼龙罐中，在行星球磨机上进行混磨。考虑到球磨的效果和效率，除了球料比外，球磨时间也要恰当的选择，球磨时间选择15~20h(球磨机转速为280~300转/分钟)。球磨后，在原料烘干时，如果酒精量过多，烘干时间太长，会引起密度大的原料沉积在培养皿的底部，而密度小的原料会浮于上部，使烘干后的原料上下分层，不能达到均匀混合的目的，因此要尽可能减小酒精的用量。

预烧

预烧是使机械混合的氧化物原料之间发生化学反应生成所需的物相，并且减少烧结中陶瓷的收缩量。预烧过程中，主要问题是选择合适的物相合成条件，即选择合适的预烧温度和保温时间。预烧温度选择很重要，温度太低，反应不充分，主晶相不好;温度太高，烧块变硬，不易粉碎，原料活性降低，使烧结温度升高和温区变窄。本论文中，将混合后的原料放入氧化铝柑祸内，在合适的温度下预烧。根据已有文献的报道，预烧温度选择为800~900℃，预烧时间选择为4h。

二次球磨

将预烧粉在研钵中粉碎，再次装入尼龙罐进行二次球磨，球磨条件及方法与步骤(2)相同，球磨时间10h。此次球磨的目的一方面是为成型创造条件，另一方面是使所得粉料具有较高的活性而利于烧结。

成型

①造粒这是干压成型的一个先行工艺，因为陶瓷粉料是相当细小的(通常是几微米至几十微米)，而粉粒越细，表面活性越大，则其表面吸附气体也越多，流动性越不好。此外，比表面积增大，粉料占的体积也大，干压成型就不能均匀填充模子的每个角落，常造成空洞，边角不致密，层裂等问题。为了提高坯料成型时的流动性、增加颗粒间的结合力，提高胚体机械强度，通常将己经磨的很细的粉料，经过干燥、加粘合剂[Polyvinyl Alcohal(PVA)]进行造粒，做成流动性好的较粗的颗粒(粒径约0.1~)，然后过60目筛。

②压片本论文采用干压成型，成型压力的大小直接影响瓷体的密度和收缩率，成型压力小时，瓷体收缩率大，产品体密度小;压力过大，胚体容易出现裂纹、分层和脱模困难等现象。成型压力一般在600一1500k留cmZ之间。干压成型时，压模下降的速度应缓慢一些。加压速度过快会导致肝体分层，表面致密中间松散，甚至在胚体中存在许多气泡。因此，加压速度不宜过快，而且要有一定的保压时间。

烧结

①排塑电子陶瓷成型时多采用有机粘合剂，在烧结时，有机粘合剂从固态转变为液态或