專利名稱：一種鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料及其陶瓷膜片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功能陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料及其陶瓷膜片的制備方法。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷作為一類重要的功能陶瓷，具有實現(xiàn)電能與機械能直接轉(zhuǎn)換的功能，其工作原理源自力-電耦合的壓電效應(yīng)，涉及材料、物理、力學(xué)等多學(xué)科交叉，已廣泛應(yīng)用于 電子信息、超聲換能、傳感器、無損檢測等技術(shù)領(lǐng)域。目前，現(xiàn)有技術(shù)大規(guī)模使用的壓電陶瓷材料體系主要是鉛基壓電陶瓷。由于鉛基壓電陶瓷材料在生產(chǎn)、使用及廢棄后的處理過程中都會給人類及生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重危害，因此環(huán)境友好的新型壓電陶瓷材料已成為世界廣泛關(guān)注和研發(fā)的熱點。鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷由于其具有優(yōu)越的壓電性能和較高的居里溫度，因而是目前最受關(guān)注的無鉛壓電陶瓷體系之一?，F(xiàn)有技術(shù)鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的制備方法主要包括傳統(tǒng)固相燒結(jié)法、水熱合成法、溶膠-凝膠合成法(sol-gel)、模板晶粒生長法(Templated Grain Growth, TGG)、反應(yīng)模板晶粒生長法(Reactive-Templated Grain Growth, RTGG)等,而不同的制備技術(shù)對鈮酸鉀鈉基無鉛壓電陶瓷的性能有著重大的影響。其中，固相燒結(jié)法是最常用的方法之一，具有制備成本低、制備過程簡單等特點，但是周期長，而且制備出的多晶陶瓷各向異性程度低，導(dǎo)致壓電常數(shù)較低。sol-gel法制備成本低，得到的粉末微粒細小，但一直存在著團聚的問題。而TGG和RTGG這兩種方法，由于采用織構(gòu)化生長技術(shù)，其制備出來的陶瓷各向異性程度高，因而獲得的織構(gòu)化壓電陶瓷性能優(yōu)良。目前，現(xiàn)有技術(shù)TGG和RTGG通過流延法制備的織構(gòu)化壓電陶瓷都是采用非水基流延成型。由于非水基流延成型工藝中有機物含量較多，因而會導(dǎo)致陶瓷膜片密度低、排膠過程中坯體易變形開裂等問題，不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本偏高，而且使用的是易燃、有毒的有機溶劑，對人體和環(huán)境會造成嚴(yán)重的危害，不能適應(yīng)環(huán)境友好及清潔生產(chǎn)等發(fā)展趨勢。為此，研究以成本低、綠色環(huán)保為特征的水基流延成型工藝，不僅是生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展的需要，也是提高社會效益的迫切要求。目前也尚未見到關(guān)于采用水基流延成型工藝制備鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料，以利于實現(xiàn)該體系材料織構(gòu)化壓電陶瓷膜片的制備，獲得質(zhì)量及性能優(yōu)良的產(chǎn)品。本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用上述漿料采用水基流延成型工藝制備織構(gòu)化壓電陶瓷膜片的方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)本發(fā)明提供的一種鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料，其組成為陶瓷基料34 65wt%、模板I 20wt%、去離子水20 60wt%、粘結(jié)劑I 30wt%、增塑劑I 5wt%、分散劑O. 5 3wt%、成膜助劑O. 5 2wt%、除泡劑O. 05 lwt% ;所述陶瓷基料為含I 5wt%燒結(jié)助劑的鈮酸鉀鈉基陶瓷粉料；所述模板為片狀Nb2O5。優(yōu)選地，所述漿料其組成為陶瓷基料35 60wt%、模板2 15wt%、去離子水25 50wt%、粘結(jié)劑5 25wt%、增塑劑I 5wt%、分散劑O. 5 3wt%、成膜助劑O. 5 2wt%、除泡劑O. 05 lwt%。進一步地，本發(fā)明所述燒結(jié)助劑為Bi203+Cu0+Li20+Zn0復(fù)合熔塊，按質(zhì)量比[Bi2O3 Li2O CuO] ZnO = 3 9 5，其中 Bi2O3 Li2O : CuO = 5 9 : 2 : I。所述鈮酸鉀鈉基陶瓷粉料為具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(ABO3)的鈮酸鉀鈉，A、B位摻雜金屬陽離子，其中A位摻雜Li+, B位摻雜Sb3+、Ta5+,然后再復(fù)合摻雜錯鈦酸鋇韓，其結(jié)構(gòu)通式為(I-n) (K0 5Na0 5) ^xLixNb0 9SbyTa0 ^yO3-Ii (Ba1^zCaz) (Ti1^mZrm) O3,其中 0<χ<0·1,O ^ y ^ O. I, O ^ z ^ O. 5,0 ^ m ^ O. 5,0 ^ η ^ O. 3ο進一步地，本發(fā)明所述陶瓷基料的粒徑為O. 01 5 μ m。所述片狀Nb2O5其片狀形 貌為厚I 4 μ m、長10 50 μ m。上述方案中，本發(fā)明所述粘結(jié)劑為苯丙乳液，增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯或丙三醇，所述分散劑為三乙醇胺或者PVP，所述成膜助劑為二乙二醇丁醚醋酸或酯磷酸三丁酯，所述除泡劑為正丁醇。本發(fā)明的另一目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)本發(fā)明提供的一種鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延陶瓷膜片的制備方法，采用上述鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料，包括以下步驟(I)將陶瓷基料加入到含分散劑的去離子水中，球磨5 8h后加入模板繼續(xù)球磨O. 5 2h ;然后加入粘結(jié)劑、增塑劑球磨3 5h ;最后加入成膜助劑和除泡劑攪拌O. 5 2h，得到水基流延漿料；(2)將所述水基流延漿料真空除泡后在流延機上進行流延成型，流延速度為O. I O. 8m/min,流延膜厚度為80 200 μ m ；(3)將所述流延成型的膜片在25 60°C溫度下干燥2 6h，然后脫膜，即得到陶瓷膜片。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明水基流延漿料使用去離子水為溶劑代替易燃、有毒的有機溶劑，不僅能夠很好地適應(yīng)環(huán)境友好及清潔生產(chǎn)等發(fā)展趨勢，而且避免了非水基流延成型工藝中由于有機物含量較多而導(dǎo)致的膜片密度低、排膠過程中坯體易變形開裂等問題，所獲得的流延陶瓷膜片具有表面光滑、結(jié)構(gòu)均勻、強度高、韌性好、便于切割和加工等優(yōu)良性能。此外，本發(fā)明水基流延工藝成本低、使用安全、適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
具體實施例方式本發(fā)明實施例鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料，由陶瓷基料、模板、去離子水、有機添加劑組成。陶瓷基料為含I 5wt%燒結(jié)助劑(Bi203+Cu0+Li20+Zn0復(fù)合熔塊)的鈮酸鉀鈉基陶瓷粉料，其粒徑為O. 01 5 μ m ;其中鈮酸鉀鈉基陶瓷粉料為具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(ABO3)的鈮酸鉀鈉，A、B位摻雜金屬陽離子，其中A位摻雜Li+，B位摻雜Sb3+、Ta5+，然后再復(fù)合摻雜鋯
鈦酸鋇鈣，其結(jié)構(gòu)通式為(I-n) (K0 5Na0 5) ^xLixNb0 9SbyTa0 ^yO3-Ii (Ba1^zCaz) (Ti1^mZrm) O3,其中 0<χ<0·1,
O ^ y ^ O. I, O ^ z ^ O. 5,0 ^ m ^ O. 5,0 ^ η ^ O. 3ο模板為具有厚I 4μπκ長10 50 μ m片狀形貌的五氧化二鈮(Nb2O5)15有機添加劑如下粘結(jié)劑為苯丙乳液，增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯或丙三醇，分散
劑為PVP或者三乙醇胺，成膜助劑為二乙二醇丁醚醋酸或酯磷酸三丁酯，除泡劑為正丁醇。 本發(fā)明各實施例鈮酸鉀鈉基陶瓷粉料，其結(jié)構(gòu)通式中的配方參數(shù)如表I所示。表I本發(fā)明實施例鈮酸鉀鈉基陶瓷粉料結(jié)構(gòu)通式中的配方參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料，其特征在于所述漿料其組成為陶瓷基料34 65wt%、模板I 20wt%、去離子水20 60wt%、粘結(jié)劑I 30wt%、增塑劑I 5wt%、分散劑0. 5 3wt%、成膜助劑0. 5 2wt%、除泡劑0. 05 lwt% ;所述陶瓷基料為含I 5wt%燒結(jié)助劑的鈮酸鉀鈉基陶瓷粉料；所述模板為片狀Nb205。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料，其特征在于所述漿料其組成為陶瓷基料35 60wt%、模板2 15wt%、去離子水25 50wt%、粘結(jié)劑5 25wt%、增塑劑I 5wt%、分散劑0. 5 3wt%、成膜助劑0. 5 2wt%、除泡劑0. 05 lwt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料，其特征在于所述燒結(jié)助劑為Bi203+Cu0+Li20+Zn0復(fù)合熔塊，按質(zhì)量比[Bi2O3 Li2O CuO] ZnO =3 9 : 5，其中 Bi2O3 Li2O : CuO = 5 9 : 2 : I。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料，其特征在于所述鈮酸鉀鈉基陶瓷粉料的結(jié)構(gòu)通式為(1-n) (K0 5Na0 5) ^xLixNb0.9SbyTa0. ^yO3-Ii (Ba1^zCaz) (Ti1^mZrm) O3,其中 0 < x 彡 0. 1，0 ^ y ^ 0. I, 0 ^ z ^ 0. 5,0 ^ m ^ 0. 5,0 ^ n ^ 0. 30
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料，其特征在于所述陶瓷基料的粒徑為0. 01 5 i! m。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料，其特征在于所述片狀Nb2O5其片狀形貌為厚I 4 ii m、長10 50 ii m。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料，其特征在于所述粘結(jié)劑為苯丙乳液，增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯或丙三醇，所述分散劑為三乙醇胺或者PVP，所述成膜助劑為二乙二醇丁醚醋酸或酯磷酸三丁酯，所述除泡劑為正丁醇。
8.一種鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延陶瓷膜片的制備方法，其特征在于采用權(quán)利要求1-7之一所述鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料，包括以下步驟 (1)將陶瓷基料加入到含分散劑的去離子水中，球磨5 8h后加入模板繼續(xù)球磨,0.5 2h ;然后加入粘結(jié)劑、增塑劑球磨3 5h ;最后加入成膜助劑和除泡劑攪拌0. 5 2h，得到水基流延漿料； (2)將所述水基流延漿料真空除泡后在流延機上進行流延成型，流延速度為0.I .0.8m/min,流延膜厚度為80 200 u m ； (3)將所述流延成型的膜片在25 60°C溫度下干燥2 6h，然后脫膜，即得到陶瓷膜片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈮酸鉀鈉基織構(gòu)化壓電陶瓷水基流延漿料，其組成為陶瓷基料34～65wt%、模板1～20wt%、去離子水20～60wt%、粘結(jié)劑1～30wt%、增塑劑1～5wt%、分散劑0.5～3wt%、成膜助劑0.5～2wt%、除泡劑0.05～1wt%；所述陶瓷基料為含1～5wt%燒結(jié)助劑的鈮酸鉀鈉基陶瓷粉料；所述模板為片狀Nb2O5。此外還公開了采用上述漿料制備陶瓷膜片的方法。本發(fā)明能夠很好地適應(yīng)環(huán)境友好及清潔生產(chǎn)等發(fā)展趨勢，并提高了產(chǎn)品質(zhì)量；而且工藝成本低、使用安全、適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C04B35/495GK102976752SQ20121051672
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者李月明, 謝俊, 王竹梅, 洪燕, 沈宗洋, 謝志翔 申請人:景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院