[發明專利]新型鐵電陶瓷鈮鈧酸鋇-鈦酸鉛及其制備方法和用途

無效

• 申請號: 200810071328.7
• 申請日: 2008-07-03
• 公開（公告）號: CN101618964A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 龍西法;魏倩;王祖建;李修芝
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C04B35/491
• 分類號: C04B35/491;C04B35/50;C04B35/472;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬于弛豫型鐵電陶瓷材料領域。

背景技術：

弛豫型鐵電材料由于其優異的性能在醫學、國防、民用等方面有著廣泛而實際的應用。近年來倍受人們關注的PMN-PT和PZN-PT就是其中的一種。由于其高的機電耦合系數(k₃₃＞90％)和超高壓電系數(d₃₃＞2000)而成為新一代的超聲換能器、傳感器和驅動器的核心壓電材料。但是此類材料有兩個缺陷，第一，居里溫度低(170℃)和MPB相變溫度低(80-90℃)，因此容易退極化，實際應用的溫度范圍窄；第二，這類材料中含有大量的鉛，在使用過程中給環境和人類健康造成危害，因此我們希望探索一種新型的高居里點、高性能的無鉛、少鉛弛豫鐵電材料，希望其成為下一代鐵電壓電材料的核心材料。BMN-PT和BZN-PT作為一種少鉛的弛豫型鐵電材料的研究已經有報道，它在一定程度上解決了鉛對環境和人類的危害問題，但是居里溫度還是不夠高，因此我們希望找到一種居里點更高，性能更好的固溶體系

近年來，國內外都有越來越多的關于(1-x)Pb(Sc_1/2Nb_1/2)O₃-xPbTiO₃(PSN-PT)的研究。PSN-PT是一種優秀的弛豫鐵電體，它有較高的居里溫度(260℃)和較高的MPB相變溫度(213℃)。Ba(Sc_1/2Nb_1/2)O₃屬于A(B’_1/2B”_1/2)O₃族化合物，屬于復合鈣鈦礦結構，室溫下屬于三方相，是典型的介電體，經過研究認為，它應該和穩定的四方相的PbTiO₃形成完全固溶體系，并且該體系中存在MPB區域。眾所周知，位于或接近MPB組成的化合物具有良好的壓電和機電耦合性能。與PSN-PT相比，Ba(Sc_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃(BSN-PT)體系MPB組分的鉛含量減少30％，這就會減少對人類和生態環境的危害；另一方面，隨著PT含量的增加，BSN-PT呈現從普通介電體到馳豫體到普通鐵電體的過渡，這為深入了解鈣鈦礦型鐵電固溶體的結構性能研究提供了理想的研究對象。目前國內外尚未發現關于這一體系的研究報道，本發明的目的就在于研制一種新型的鐵電壓電陶瓷，其具有高的介電電容率，壓電常數，機電耦合系數以及居里點。

因此我們開展對BSN-PT固溶體系的研究。首先應當通過陶瓷材料的制作來確定MPB區域，測定陶瓷介電、壓電和鐵電性能。然后研究MPB區域組分的單晶生長、結構和性能，并且系統研究該體系的結構與性能之間的關系，為探索新型鐵電固溶體系提供指南。

發明內容：

本發明的目的之一在于提供一種新型鈮鈧酸鋇-鈦酸鉛鐵電陶瓷，簡稱BSN-PT。

本發明的目的之二在于提供所述的鐵電陶瓷的固相合成方法。

本發明的另一個目的在于提供所述鐵電陶瓷的用途。

為實現本發明的目的，本發明采用以下技術方案：

一種新型鈮鈧酸鋇-鈦酸鉛鐵電陶瓷，該陶瓷具有復合鈣鈦礦型結構，其化學式組成為(1-x)Ba(Sc_0.5Nb_0.5)O₃-xPbTiO₃(0≤x≤1)。該陶瓷體系的MPB區域在0.61＜x＜0.66范圍之內。

本發明采用傳統固相合成法制備新型鈮鈧酸鋇-鈦酸鉛鐵電陶瓷。

本發明所述的傳統固相合成法包括如下步驟：將初始原料BaCO₃，Sc₂O₃，Nb₂O₅，PbO，TiO₂按照(1-x)Ba(Sc_1/2Nb_1/2)O₃-xPbTiO₃(0≤x≤1)的化學式含量稱重，經充分混合研磨，烘干成型，然后在1100-1160℃合成，將合成的樣品研磨，烘干成型，在1320-1380℃燒結，即獲得鈮鈧酸鋇-鈦酸鉛鐵電陶瓷。

本發明制備的新型鈮鈧酸鋇-鈦酸鉛鐵電陶瓷，用于換能器，激勵器，電容器，驅動器，微波通訊，濾波器，超聲振蕩器和壓電蜂鳴器領域。