[發明專利]一種無鉛壓電陶瓷

無效

• 申請號: 200910027302.7
• 申請日: 2009-05-27
• 公開（公告）號: CN101560093A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 王磊;丁潞奕;基維靜;張善濤;陳延峰
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C04B35/462
• 分類號: C04B35/462;H01L41/187
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙）
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種壓電陶瓷，特別涉及一種無鉛壓電陶瓷。

背景技術

在信息、激光、導航等高技術領域，壓電材料作為一類重要的應用功能材料，得到了廣泛的應用。基于ABO₃型鈣鈦礦氧化物結構的Pb(Zr_1-xTi_x)O₃陶瓷具有優異的壓電性質，是目前工業上得到大規模應用的壓電材料。但是由于這類材料含鉛，而鉛的毒性會在產品生產、使用和廢棄后對人體和自然環境等造成嚴重危害，這與可持續發展戰略相違背。因此，工業應用的趨勢必然是使用無鉛壓電陶瓷取代目前的含鉛壓電陶瓷，這意味著開發研究具有優異壓電性能和環境協調性的無鉛壓電陶瓷具有重要的經濟意義。

無鉛壓電陶瓷根據其晶體結構可以分為三大類：鈣鈦礦結構無鉛壓電陶瓷、鉍層狀結構無鉛壓電陶瓷以及鎢青銅結構無鉛壓電陶瓷。其中基于鈣鈦礦結構的Bi_0.5Na_0.5TiO₃(簡稱BNT)的壓電陶瓷被認為最有前途的無鉛壓電陶瓷體系之一。BNT基陶瓷的一個顯著缺點是其在160℃左右存在一個鐵電-反鐵電相變點，稱為退極化溫度，這使得BNT的應用溫度受到限制。如何提高BNT基壓電陶瓷的退極化溫度是本領域技術人員的一個重要的研究課題。

另外，在壓電陶瓷中，準同型相界的概念非常重要，因為具有準同型相界結構的材料能夠具有更多的極化方向，使得鐵電疇更容易翻轉，從而鐵電疇對壓電效應的貢獻更容易體現出來，因此，具有準同型相界結構的成分點一般都具有較好的壓電性能。Bi_0.8La_0.2FeO₃(簡稱BLF)具有與BNT相似鈣鈦礦結構的鐵磁、鐵電陶瓷，其室溫下為正交相，居里溫度為830℃。我們通過引進BLF對BNT進行取代，這樣可以期望形成三方-正交準同型相界結構，從而改進BNT的電學性質，另一方面，BLF的高居里點有望提高BNT基陶瓷的退極化溫度。但是，如何將上述兩種材料的優點進行互補，成為本領域的一道難題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種具有較高退極化溫度并有良好壓電性能的無鉛壓電陶瓷。

為實現發明目的，本發明通過引進Bi_0.8La_0.2FeO₃對Bi_0.5Na_0.5TiO₃進行取代，構成本發明的無鉛壓電陶瓷，以形成三方-正交準同型相界結構。本發明所述的無鉛壓電陶瓷的化學式為：(1-x)Bi_0.5Na_0.5TiO₃-xBi_0.8La_0.2FeO₃，式中0.0125≤x≤0.0625。

本發明Bi_0.8La_0.2FeO₃的引入，得到了具有三方-正交準同型相界結構，具有良好高溫鐵電、壓電性能的無鉛壓電陶瓷成分點，在一定程度上提高陶瓷的退極化溫度；壓電系數d₃₃和機電耦合系數k_p隨著參數x的增大而減小，d₃₃從20-128pC/N不等，而k_p從0.27-0.30不等；陶瓷的飽和極化、剩余極化和矯頑場都隨著參數x的增大而減小；特別地，陶瓷的退極化溫度(T_d)在163-171℃之間隨著x的增加而增加；并且，本發明的制備方法所需的設備和制備過程簡單，原料成本低。

附圖說明

圖1為(1-x)Bi_0.5Na_0.5TiO₃-xBi_0.8La_0.2FeO₃陶瓷的X射線衍射譜；

圖2a、圖2b為(1-x)Bi_0.5Na_0.5TiO₃-xBi_0.8La_0.2FeO₃陶瓷的鐵電性質，其中圖2a顯示的是陶瓷的電滯回線，圖2b是相關的剩余極化、飽和極化、矯頑場與參數x的關系曲線；