技术摘要：
本发明公开了一种高性能铌酸钾钠系无铅电致伸缩陶瓷及其制备方法与应用，该无铅压电陶瓷由通式[(K0.5Na0.5)1‑x‑Bix](Nb1‑(2/3)x‑Ni(2/3)x)O3表示，式中0.03≤x≤0.07。本发明所制备的无铅电致伸缩陶瓷具有良好的电致伸缩系数和温度稳定性，其致伸缩系数可达0.0456m4  全部
背景技术：
电致伸缩陶瓷能够将电能和机械能互相转换,因具有无滞后,高温度稳定性和无  需极化处理等诸多优势,在驱动器和高精度位移传感器等微位移控制方面有着广泛 的应 用，已深入国家安全和国民经济的各个领域。目前市场上的电致伸缩陶瓷大部分  是铅基电 致伸缩陶瓷，包括如Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(PMN)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3(PZN)陶瓷等, 铅基电致伸缩陶 瓷的电致伸缩系数值达到0.015-0.025m4/C2,且温度稳定性较好。然  而铅为有毒重金属元 素，电致伸缩陶瓷生产原料中氧化铅有毒且其含量在60％以上，  在大规模的生产、使用和 废弃过程中都会给环境和人类健康带来严重危害。随着人类  对生态环境保护意识的提高， 许多国家都出台了相关法令来限制电子电器产品中铅元  素的使用。因此开发环境友好性 的无铅电致伸缩材料已成为一项紧迫且意义重大的研 究任务。
技术实现要素：
针对目前铅基电致伸缩陶瓷生产过程中存在重金属污染等问题，本发明的第  一 个目的是提供一种具有高电致伸缩系数，且电致伸缩系数呈现优异温度稳定性的  高性能 铌酸钾钠体系无铅电致伸缩陶瓷。 本发明的第二个目的是提供一种制备高性能铌酸钾钠体系无铅电致伸缩陶瓷 的 方法，以避免铅基电致伸缩陶瓷生产过程中重金属污染问题。 本发明的第三个目的在于提供铌酸钾钠体系无铅电致伸缩陶瓷在制造驱动器  和 高精度微位移传感器件中的应用。 针对第一个发明目的，本发明提供的高性能铌酸钾钠体系无铅电致伸缩陶瓷，  其 分子通式为：[(K0.5Na0.5)1-x-Bix](Nb1-(2/3)x-Ni(2/3)x)O3，通式中x为：0.03≤x≤0.07。 在上述技术方案中，所述高性能铌酸钾钠体系无铅电致伸缩陶瓷通式中的x取  值 优选为：0.04≤x≤0.06；进一步地优选为：x＝0.05。 针对本发明的第二个目的，本发明提供的制备上述高性能铌酸钾钠系无铅电致  伸缩陶瓷的方法，包括以下步骤： (1)配料，以Na2CO3,K2CO3,Nb2O5,Bi2O3和NiO2为原料，按通式[(K0.5Na  0.5)1-x-Bix] (Nb1-(2/3)x-Ni(2/3)x)O3中x的设定值确定的化学式进行称量配料； (2)球磨，将配好的原料进行球磨，球磨后烘干得到干粉料； (3)预烧，将干粉料在800～900℃下预烧3～6h进行铌酸盐化合物的合成，  得到预 烧粉体； (4)成型，向所得预烧粉体中加入质量浓度为5％～9％的聚乙烯醇水溶液进  行造 粒得到粒料，并将所得粒料用模具压制成型； 3 CN 111592352 A 说　明　书 2/5 页 (5)煅烧，将模压成型的陶瓷型坯在1120～1180℃下烧结1～5h，得到烧结  陶瓷， 将所得烧结陶瓷烧渗电极即获得高性能铌酸钾钠系无铅电致伸缩陶瓷。 在上述高性能铌酸钾钠体系无铅电致伸缩陶瓷制备方法的步骤(2)中，球磨  采用 本领域常用球磨工艺即可，如以无水乙醇为球磨介质，采用滚动球磨法进行研  磨。 本发明提供的上述高性能铌酸钾钠系无铅电致伸缩陶瓷，具有较高的电致伸  缩 系数，以及优异的温度稳定性，可用于制造驱动器和高精度微位移传感器件。 本发明的提出，是发明人基于以下认识提出的：铌酸钾钠(K0 .5Na0 .5NbO3：  KNN)系 陶瓷是钙钛矿型铁电体，属于含氧八面体铁电体中的一种，通式为  ABO3，顶角被较大的A离 子占据，体心被较小的B离子占据，六个面心被O离子 占据。这些氧离子形成氧八面体，离子 B处于氧八面体的中心。铌酸钾钠系陶瓷 的这种晶体结构，可通过同时在A位掺杂Bi3 和B位 掺杂Ni2 获得高的电致伸缩系  数，即可通过A位Bi3 掺杂和B位Ni2 掺杂来打破原体系的长 程铁电有序性，在室  温附近诱导出弛豫相，并且由于A位掺杂的Bi3 的离子半径小于KNN基 中的A位  的K 和Na 离子半径，可导致B位离子的活动范围受到限制，产生大的电致伸缩效  应，从而获得高的电致伸缩系数，同时由于该弛豫相具有较高的稳定性，使得电致  伸缩系 数呈现优异的温度稳定性。此外，Bi3 和Ni2 相对高的掺杂量能使弛豫特征  更加明显，有利 于获得纯的电致伸缩性能。 与现有技术相比本发明具有以下十分有益的技术效果： 1、本发明提供的高性能铌酸钾钠系无铅电致伸缩陶瓷，在铌酸钾钠陶瓷体系  中 通过A位Bi3 掺杂和B位Ni2 掺杂增强局域结构中的无规场，打破原有的长程铁 电有序，使 该无铅电致伸缩陶瓷具有良好的电致伸缩系数和温度稳定性。如具体实  施方式所述，通式 中x＝0.05时，其致伸缩系数可达0.0456m4/C2，且电致伸缩系数  在室温至180℃的宽温区内 保持稳定。 2、本发明提供的铌酸钾钠系无铅电致伸缩陶瓷可以采用工业原料经传统陶瓷  制 备技术获得，工艺成熟，流程简单，易于实现，有利于工业化规模生产。 3、本发明提供的铌酸钾钠系无铅电致伸缩陶瓷基于良好的电致伸缩系数和温  度 稳定性，且对环境友好，该无铅电致伸缩陶瓷可在驱动器和微位移控制器等电  子器件中获 得应用，对取代铅基电致伸缩材料具有重大意义。 附图说明 图1为实施例3制备的铌酸钾钠系无铅电致伸缩陶瓷的X射线衍射图谱； 图2为实施例3制备的铌酸钾钠系无铅电致伸缩陶瓷的介温图谱及弛豫因子； 图3为实施例3制备的铌酸钾钠系无铅电致伸缩陶瓷的电滞回线和应变回线； 图4为实施例1-5制备的铌酸钾钠系无铅电致伸缩陶瓷的电致伸缩测试结果；其  中(a)为实施例3制备的铌酸钾钠系无铅电致伸缩陶瓷的室温下电致伸缩示意图，  (b)为实 施例1-5制备的铌酸钾钠系无铅电致伸缩陶瓷室温下的电致伸缩系数； 图5为实施例3制备的铌酸钾钠系无铅电致伸缩陶瓷的电致伸缩系数随温度的变  化。 4 CN 111592352 A 说　明　书 3/5 页