[發(fā)明專利]一種錫鈦酸鋇鈣無鉛壓電陶瓷及其制備工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110339855.3
• 申請日: 2011-11-02
• 公開（公告）號: CN102503409A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設計）人: 李偉;徐志軍;初瑞清;付鵬;劉泳;陳明麗
• 申請（專利權）人: 聊城大學
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于無鉛壓電材料領域，具體涉及一種錫鈦酸鋇鈣無鉛壓電陶瓷及其制備工藝。

背景技術

長久以來，以鋯鈦酸鉛(PZT)為代表的鉛基壓電陶瓷在商業(yè)應用上一直占據主導地位，但PZT陶瓷的鉛含量高達60%以上，在制備、使用和廢棄過程中對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成嚴重危害，世界各國，如歐盟、美國和日本等先后立法，我國信息產業(yè)部也擬定了《電子信息產品污染防治管理辦法》，禁止或限制鉛在電子工業(yè)中的使用。因此，尋找能夠代替PZT的無鉛壓電材料成為電子材料領域的緊迫任務之一。

迄今為止，可被考慮的無鉛壓電陶瓷體系主要有以下5類:?(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃?(縮寫為BNT)基無鉛壓電陶瓷；K_1-xNa_xNbO₃?(縮寫為KNN)基無鉛壓電陶瓷；BaTiO₃(縮寫為BT)基無鉛壓電陶瓷；鉍層狀結構無鉛壓電陶瓷；鎢青銅結構無鉛壓電陶瓷。然而，無鉛壓電陶瓷的壓電性能相對較差?(壓電常數d₃₃≤250pC/N)，一直沒有能夠真正的替代PZT陶瓷。近年來，研究者通過探索改進制備工藝和在現有體系的基礎上摻雜其他元素來提高材料性能。Y.?Saito等采用反應模板晶粒生長(RTGG)制備織構KNN基無鉛壓電陶瓷，壓電常數d₃₃最大可達416?pC/N?(Y.?Saito,?H.?Takao,?T.?Tani,?T.?Nonoyama,?K.?Takatori,?T.?Homma,?T.?Nagaya,?and?M.?Nakamura[J].?Lead-free?piezoceramics.?Nature?2004,?432:?84–87)。賃敦敏等公布的公開號為CN?101239824A?的發(fā)明專利中，(1-z)(K_1-xNa_x)NbO₃-zBa(Ti_1-yZr_y)O₃?陶瓷的d₃₃值達到234pC/N。根據PZT的研究經驗，為了提高無鉛壓電陶瓷的壓電性能，研究主要集中在三方－四方準同型相界上。然而研究表明，不同于PZT的是，BaTiO₃基壓電陶瓷的準同型相界實際上是多晶型相變過程中的正交－四方兩相共存，或者正交－四方－立方三相共存，即通過改變樣品組分或燒結溫度將樣品的相變溫度調節(jié)到室溫附近，從而得到了室溫下較高的壓電性能。BaTiO₃基壓電陶瓷是ABO₃型鈣鈦礦鐵電體，其A位離子可被Ca，Sr，La，Sm，Dy，Y等元素取代，其B位離子可被Zr，Sn，Nb，Ce等元素取代，從而獲得具有高壓電性能或介電性能的BaTiO₃基無鉛陶瓷。在公開號為CN?101935212A的發(fā)明專利中，高峰等研究了(1-x)Ba(Ti_0.8Zr_0.2)O₃-x(Ba_0.7Ca_0.3)TiO₃(BZT-BCT)二元系陶瓷的壓電性能，其壓電常數d₃₃達385?pC/N。據所查到的相關專利中，均未見錫鈦酸鋇鈣陶瓷的制備和高壓電性研究。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了解決無鉛壓電陶瓷壓電性能較差的問題，提供一種錫鈦酸鋇鈣系陶瓷粉體及制備的陶瓷，以及其制備工藝，所述陶瓷具有較好的壓電性能。

本發(fā)明的方案是：一種錫鈦酸鋇鈣無鉛壓電陶瓷粉體，組分為Ba_1-xCa_xTi_0.96Sn_0.04O₃，其中x＝0.01～0.04。優(yōu)選的，x＝0.01、0.02、0.03或0.04。