[發明專利]摻釹和釤的鉍層狀壓電陶瓷及其制備方法

無效

• 申請號: 200710042361.2
• 申請日: 2007-06-21
• 公開（公告）號: CN101074164A
• 公開（公告）日: 2007-11-21
• 發明（設計）人: 孫琳;馮楚德;陳立東
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622;H01L41/187
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技術領域

本發明涉及摻釹和釤的鉍層狀壓電陶瓷及其制備方法，屬于壓電陶瓷領域。

背景技術

鉍層狀無鉛壓電陶瓷是無鉛壓電材料的重要分支之一，其中的典型代表SrBi₂Nb₂O₉，SrBi₂Ta₂O₉和Bi_3.25La_0.75Ti₄O₁₂等由于抗疲勞性好，在非揮發性鐵電隨機存儲器(FRAM)中具有非常好的應用前景，從而引起眾多科研工作者的關注和研究。另一方面，與傳統的鉛基鈣鈦礦壓電材料相比，鉍層狀鐵電材料一般具有低介電常數、較高的居里溫度、穩定性好等特點，因此非常適合應用于高溫高頻領域。鉍層狀結構鐵電材料雖然具有上述優點，但由于該類材料結構上的各相異性導致其自發極化局限在a-b平面的二維方向上，所以也存在剩余極化小，矯頑場強大，壓電活性低等缺點。為了提高鉍層狀結構鐵電材料的性能，拓寬其應用范圍，人們利用摻雜取代和晶粒定向以及熱處理技術等方法對鉍層狀結構鐵電材料進行了改性研究，取得了很好的效果。

早期材料研究者認為鉍層狀鐵電材料中的Bi₂O₂層中的Bi離子不能被任何離子取代。上世紀九十年代初，Millán等人發現含孤對電子的Pb²⁺，Sb³⁺，Sn²⁺和Te⁴⁺等離子能進入Bi₂O₂層取代同樣含孤對電子的Bi³⁺。近年來，通過拉曼光譜和粉末中子衍射等測試手段，一些研究者進一步推斷不含孤對電子的Ba²⁺，Sr²⁺，Ca²⁺和La³⁺等離子亦能進入Bi₂O₂層取代含孤對電子的Bi³⁺，并且伴隨著弛豫現象的出現。

另一方面，Ando等人研究發現SrBi₂Nb₂O₉(SBN)具有很小的諧振頻率溫度穩定性(TCF)，低的機電耦合系數(K_p)以及高的機械品質因數(Q_m)。在濾波器和振蕩器中具有潛在應用。盡管SBN在鉍層狀結構鐵電體(BLSF)中具有相對比較小的TCF值，但是對于在濾波器、振蕩器中的應用而言，如高速數據傳輸系統，還是不夠小。幸運地是，以Ando等人為主的一些材料科學家研究發現通過對SBN的Sr離子進行置換取代，能進一步降低材料的TCF值。例如，Ba²⁺對SBN中Sr²⁺進行取代，材料顯示出弛豫特性，形成的(Ba_xSr_1-x)Bi₂Nb₂O₉陶瓷具有更低的TCF值。

因此，適量的稀土離子Re(如Nd，Sm等)取代Bi₂O₂層中Bi³⁺能夠誘導SrBi₂Nb₂O₉表現出弛豫特性，很可能也會降低Re摻雜的SBN的TCF值，迄今為止，還未見稀土離子Re(如Nd，Sm等)取代SBN的Bi₂O₂層中的Bi離子而對SBN壓電性能影響的報道。

發明內容

本發明的目的在于利用稀土元素Re(Re＝Nd和Sm等)對SrBi₂Nb₂O₉的Bi₂O₂層中的Bi離子進行取代改性，顯著降低材料的諧振頻率溫度穩定性(TCF)，制備出一種新型的用于濾波器和振蕩器的鉍層狀壓電陶瓷材料。

本發明材料的組成式為Sr_1-yBi_2-x+yRe_xNb₂O₉其中：Re＝Nd或Sm，0＜x≤0.4，0≤y≤0.5。

本發明材料的制備方法如下：