Effect of calcination rate on mechano-chemically activated powders for the synthesis of lead-free KNN-type ceramics

• Ashley Bonilla ^[1] ; Alina Pruna ^[1] ; Rut Benavente ^[1] ; María Dolores Salvador ^[1] ; David Busquets-Mataix ^[1] ; Daniel Fernández-González ^[2] ; Amparo Borrell ^[1]
  1. [1] Universidad Politécnica de Valencia

     Universidad Politécnica de Valencia

     Valencia, España

     
  2. [2] Universidad de Oviedo

     Universidad de Oviedo

     Oviedo, España

     
• Localización: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, ISSN 0366-3175, Vol. 64, Nº. 6, 2025
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Efecto de la calcinación y de la activación mecanoquímica para obtener cerámicas sin plomo basadas en KNN
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• Resumen
  • español

    La sustitución de las cerámicas piezoeléctricas comunes a base de plomo por una alternativa adecuada, se convirtió en un tema importante debido a las crecientes preocupaciones medioambientales por la toxicidad del plomo. Los (Na₀.₅K₀.₅)NbO₃ (KNN) se consideran un posible reemplazo para cerámicas piezoeléctricas comunes a base de plomo. Este trabajo presenta la obtención de cerámicas tipo KNN mediante una reacción convencional en estado sólido donde se estudia el efecto del tamaño de las partículas precursoras. El método de síntesis ha empleado una combinación de molienda de atrición para activar la mezcla de precursores y de calcinación a baja temperatura de 800ºC. La evolución de las fases, la morfología y las propiedades mecánicas se investigan sistemáticamente con el tamaño de partícula y la rampa de calcinación. Los resultados indican un marcado efecto del tamaño de partícula del precursor sobre las propiedades de las cerámicas obtenidas. El contenido de fases secundarias y de la fase tetragonal se pueden ajustar ligeramente mediante el método presentado. Las medidas dieléctricas han indicado valores típicos para las cerámicas piezoeléctricas (constante dieléctrica y pérdidas) a pesar de la presencia de fases secundarias.

  • English

    Given the raising environmental concerns over lead toxicity, replacing the common leadbased piezoelectric ceramics with a proper alternative became a hot topic. (Na₀.₅K₀.₅)NbO₃ (KNN) is considered a potential replacement for such ceramics. This work presents the synthesis of KNN-type ceramics based on conventional solid-state reaction, where the effect of precursor particle size is studied. A combined mechanical activation by ball milling and calcination at low temperature of 800ºC is applied. The phase structure evolution, morphology and mechanical properties are investigated systematically with the particle size and the calcination rate. The results indicate a marked effect of the precursor particle size on the properties of obtained ceramics. Secondary phase content could be lowered and tetragonality improved by the applied approach. Despite the presence of secondary phases, dielectric measurements indicated typical values of dielectric constant and loss for piezoelectric materials.