[發(fā)明專利]B位復(fù)合Bi基化合物組成的無鉛壓電陶瓷及其制備方法

無效

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• 申請日: 2011-06-16
• 公開（公告）號: CN102320828A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周沁;楊華斌;周昌榮;成鈞;袁昌來;陳國華
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475;C04B35/468;C04B35/622
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 羅玉榮

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及壓電陶瓷材料，具體是B位復(fù)合Bi基化合物組成的無鉛壓電陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)

壓電陶瓷在信息、激光、導(dǎo)航、電子技術(shù)、通訊、計量檢測、精密加工和傳感技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是目前實用的壓電陶瓷絕大部分是鋯鈦酸鉛(PZT)或以為鋯鈦酸鉛為基的材料，這些材料中氧化鉛含量約占70%左右，由于鉛的污染問題，國際上正積極通過法律、法規(guī)、政府指令等形式對含鉛的電子產(chǎn)品加以禁止。因此，研究高性能、低成本、實用型無鉛壓電、鐵電材料的任務(wù)十分迫切。

目前研究的無鉛壓電陶瓷體系中，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的(Na_1/2Bi_1/2)TiO₃（簡稱NBT）被認(rèn)為是一種很有希望的無鉛壓電材料。NBT陶瓷具有許多很好的特性，如居里溫度高（T_c=320?℃），鐵電性強(P_r=38?μC/cm²)，壓電系數(shù)大(k_t、k₃₃約50%)，熱釋電性能與PZT相當(dāng)，聲學(xué)性能好，介電常數(shù)小，燒結(jié)溫度低。但BNT陶瓷矯頑場高，在鐵電相區(qū)電導(dǎo)率高，NaO易吸水，燒結(jié)溫區(qū)狹窄，導(dǎo)致了陶瓷的致密性和化學(xué)物理性能穩(wěn)定性欠佳。針對這些問題，國內(nèi)外的研究者對BNT基陶瓷的改性做了大量的研究工作，但隨NBT基壓電陶瓷性能的改善，伴隨退極化溫度的降低，其綜合性能與鉛基壓電陶瓷還有很大差距，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了實際應(yīng)用的要求。

此外，無鉛壓電陶瓷體系中的鈮酸鉀鈉（K_0.5Na_0.5NbO₃，KNN）系壓電陶瓷因具有介電常數(shù)小、壓電性能高、頻率常數(shù)大、密度小、居里溫度高及組成元素對人體友好等特點，被認(rèn)為是很有前途替代PZT的無鉛壓電材料之一。自從2004年日本的學(xué)者Y.Saito在nature發(fā)表論文報道了K_0.5Na_0.5NbO₃壓電陶瓷壓電常數(shù)d₃₃達(dá)416?pC/N，引起了全世界研究K_0.5Na_0.5NbO₃基無鉛壓電陶瓷的熱潮。但論文報道的性能是利用模板晶粒生長(TGG)特殊技術(shù)工藝法制備的取向織構(gòu)的KNN基壓電陶瓷，這種制備工藝條件要求苛刻，難以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。一般來說K_0.5Na_0.5NbO₃基無鉛壓電陶瓷燒結(jié)過程中Na易揮發(fā)，采用傳統(tǒng)工藝制備的鈮酸鉀鈉陶瓷的致密性差，需要采用熱壓，等靜壓與等離子燒結(jié)等特殊制備方法，這些新工藝因成本高、工藝復(fù)雜難以滿足生產(chǎn)實際需要。同時K_0.5Na_0.5NbO₃體系中原料Nb₂O₅含量高，價格昂貴，不利于實用化。

基于對鉛基材料的廣泛研究，人們認(rèn)為鉛與壓電鐵電性的起源密切相關(guān)，由于Bi具有與Pb類似的特性，即Bi在元素周期表上與Pb相鄰，具有相同的電子分布、相近的離子半徑和分子量，同時Bi的氧化物無毒，故鉍基壓電鐵電材料成為無鉛壓電鐵電材料研究的熱點。由于簡單的化合物BiMeO₃很難合成，并且在常壓下不穩(wěn)定。這樣使得研究者把目光投向B位復(fù)合離子BiMeMe′O₃體系，研究發(fā)現(xiàn)這類材料大都具有畸變的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。但現(xiàn)有文獻(xiàn)還未有報道B位復(fù)合Bi?(Li_1/2Me_1/2)O₃基無鉛壓電陶瓷及制備方法的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種矯頑場低，易于極化，致密度高的、壓電性能好的新型B位復(fù)合Bi基無鉛壓電陶瓷及其制備方法。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：B位?Bi基無鉛壓電陶瓷用下述通式：

(1-x)Bi?(Li_1/2Me_1/2)O₃-xBaTiO₃+zM_aO_b、