Sodium-lithium niobate piezoceramics prepared by mechanochemical activation assisted methods

Abstract

[EN] The environmental protection issues are driving forces nowadays in the scientific research on materials. From this point of view, it is a need to find alternatives to the present commercial piezoceramics, based on lead titanates-zirconates. The production of these materials requires handling of big amounts of lead oxide, which is highly toxic. Alkaline niobate piezoceramics are considered a good alternative for the future substitution of commercial piezoceramics by lead-free materials. However, the processing of these ceramics is difficult by conventional ceramic routes. There is a need to search for new routes of processing. The mechanochemical activation was used in this work for the first time to get Na1-xLixNbO3 ceramics in the Na rich region. Stoichiometric mixtures of Na2CO3 or Na2O, Li2CO3 and Nb2O5 were activated in a vibrating mill. A progressive broadening of the X-ray diffraction peaks of the mixtures was observed as the milling time increased. Nevertheless, the precursors did not became fully amorphous. The thermal evolution of the activated precursors was also tested. Ceramics were obtained by sintering or hot pressing and their piezoelectric properties were studied.

[ES] La protección medioambiental es uno de los factores que impulsan diversas áreas de la investigación en materiales. Existe la necesidad de la búsqueda de alternativas a las cerámicas ferro-piezoeléctricas comerciales basadas en los titanatos-circonatos de plomo, que requieren el manejo de grandes cantidades de óxido de plomo, muy tóxico, en su procesado. Los niobatos alcalinos se consideran buenos candidatos para esta sustitución. Sin embargo, es difícil conseguir cerámicas con altas densificaciones. De aquí la necesidad de investigar nuevas rutas de procesado. La activación mecanoquímica se ha utilizado por primera vez en este trabajo para obtener cerámicas de Na1-xLixNbO3, en la región rica en Na. Se han activado mecanoquímicamente mezclas estequiométricas de Na2CO3 o Na2O, Li2CO3 y Nb2O5 en un molino vibratorio. Se ha observado el progresivo ensanchamiento de los picos de difracción de rayos X de las mezclas a medida que se aumentaba el tiempo de molienda, pero los precursores no llegan a ser amorfos para la difracción de rayos X. A partir de estos precursores se han obtenido cerámicas mediante sinterización o prensado en caliente y estudiado sus propiedades piezoeléctricas.