[發明專利]一種提高鉍層結構壓電鐵電陶瓷材料高溫電阻率的方法

無效

• 申請號: 200710032257.5
• 申請日: 2007-12-07
• 公開（公告）號: CN101186497A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發明（設計）人: 何新華;黎卓華;凌志遠
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C04B35/462
• 分類號: C04B35/462;C04B35/622;H01L41/187
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 李衛東

技術領域

本發明涉及一種功能陶瓷材料，具體涉及一種提高鉍層結構壓電鐵電陶瓷材料高溫電阻率的方法。

背景技術

隨著電子技術的發展，電子設備和電子元器件的使用環境越來越嚴酷，使用溫度越來越高。高溫下使用的壓電鐵電材料必須具有高居里溫度，以便在較高的溫度下不發生結構相變而影響其壓電性，并且其壓電參數在較寬的溫度范圍內必須保持穩定以保證壓電器件正常工作。鉍層結構的鐵電材料(BLSF)是一類極具潛力的高溫無鉛壓電鐵電材料，該類材料具有高居里溫度和品質因數、大的各向異性、高絕緣強度和電阻率、高擊穿強度、低老化率等特點引起人們極大的興趣，近年來對鉍層結構的壓電鐵電材料的研究和開發極為活躍。MBi₄Ti₄O₁₅就是一類研究較多的鉍層結構鐵電材料。

鉍層結構的鐵電材料由于其晶體結構的特殊性，普遍存在矯頑電場高、剩余極化強度低、壓電活性低、需要高溫極化等缺點。高電場下的高溫極化以及高溫應用都要求材料具有高電阻率ρ，特別是高溫下具有較高的電阻率。因此，改善材料的高溫電阻特性，提高高溫電阻率，對提高材料的壓電活性、實現該類材料的高溫應用尤為重要。材料的電阻率取決于材料的組成和顯微結構，特別是與瓷體的致密度和晶粒的形狀、尺寸即晶粒的各向異性密切相關。在BLSF中電阻率是高度各向異性的，平行于ab平面的電阻率低于平行于c軸方向的電阻率(Liaoying?Zheng，The?structure?and?properties?of?Bi-layer?piezoelectricceramics?Bi(Ca，Sr)Ti₄O₁₅[J]，Jpn?J?Appl?Phys，2002，41：L1471)。因此，晶粒越大，各向異性越大，長度/厚度比值越高，BLSF的電阻率越小。

通過同價特別是高價離子取代(殷慶瑞等，CN?1424283A，2003；吳曉波等，高價B位摻雜Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷的鐵電性能研究，周口師范學院學報，2004，21(5)：43；M.Villegaset?al，Sintering?and?electrical?properties?of?Bi₄Ti_2.95WxO_11.9+3x?piezoelectric?ceramics，J?EuroCeram?Soc，2004，24：1025)可以使電阻率得到明顯提高，在450℃下體積電阻率ρ_v＝10⁶～10⁷Ω·m。采用使晶粒定向排列的晶粒取向技術——如模板晶粒生長法(TGG)、熱鍛(HF)、熱壓(T?Kimura，Application?of?texture?engineering?to?piezoelectric?ceramics[J]，J?Ceram?Soc?Jpn，2006，114(1)：15)、流延(李永祥等，CN?1562874A，2005)等方法，均不同程度地提高了材料的壓電鐵電性能，但電阻溫度特性和高溫電阻率仍需要進一步改善。

發明內容

鑒于此提出本發明，本發明的目的在于提供一種提高鉍層結構壓電鐵電陶瓷材料高溫電阻率的方法，特別是提供一種鉍層結構壓電鐵電陶瓷復合物，結合燒成制度的調節控制顯微結構，獲得具有較高高溫電阻率的陶瓷材料的方法。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

一種提高鉍層結構壓電鐵電陶瓷材料高溫電阻率的方法，包括如下步驟：

(1)配料，按鉍層結構壓電鐵電陶瓷材料化學式A(Bi_4-xLn_x)Ti_4-yB_yO₁₅中各元素的摩爾比稱取原材料，所有原材料均為分析純的碳酸鹽或氧化物，其中A為元素Ca、Sr和Ba中至少一種，B為元素V、W和Nb中至少一種，Ln為鑭系元素La、Nd和Ce中至少一種，0＜x≤0.5，0＜y≤0.1；

(2)預處理：以蒸餾水為球磨介質，將步驟(1)的原料球磨、干燥、過60～120目篩，然后將混合料在800～900℃密閉預燒2～4小時，再將預燒好的粉料粉碎、干燥、過60～120目篩后，用5～20MPa的壓力預壓粉料，然后用冷等靜壓機在150～250MPa的壓力下將粉末壓制成圓片；