[發(fā)明專利]一種用于高頻超聲換能器的無鉛壓電復(fù)合厚膜的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210224769.2
• 申請日: 2012-07-02
• 公開（公告）號: CN102863212A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任巍;紀紅芬;史鵬;吳小清;王玲艷;趙金燕
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475;C04B35/622;H01L41/187
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 田洲

1.一種用于高頻超聲換能器的無鉛壓電復(fù)合厚膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）、按照Bi_0.5Na_0.5TiO₃的化學(xué)計量比，先將五水硝酸鉍溶于乙二醇甲醚中，室溫磁力攪拌，得到硝酸鉍溶液；將無水乙酸鈉溶于乙二醇甲醚中，室溫磁力攪拌，得到乙酸鈉溶液；將摩爾比為1：2的鈦酸四正丁酯和乙酰丙酮溶于乙二醇甲醚中，室溫磁力攪拌，得到鈦酸四正丁酯混合溶液；然后分別將硝酸鉍溶液和乙酸鈉溶液滴加至鈦酸四正丁酯混合溶液中，并在70~90℃下恒溫磁力攪拌，之后自然冷卻至室溫，得到澄清的鈦酸鉍鈉先驅(qū)體溶膠；

（2）、按照Bi_0.5(Na_1-xK_x)_0.5TiO₃的化學(xué)計量比分別稱取碳酸鉀、碳酸鈉、三氧化二鉍和二氧化鈦，以無水乙醇為媒介混合球磨，干燥后壓片，然后在600℃~1150℃下燒結(jié)2~4小時，得到具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鉍鉀鈉坯體，再經(jīng)破碎、球磨，得到微納米級鈦酸鉍鈉粉體；x=0.1~0.5；

（3）、將微納米級鈦酸鉍鉀鈉陶瓷粉體與鈦酸鉍鈉先驅(qū)體溶膠混合，然后加入與鈦酸鉍鈉基體等摩爾的高聚物作為穩(wěn)定分散劑，球磨使之分散均勻，再經(jīng)過磁力攪拌得到穩(wěn)定的混合漿料；

（4）、采用旋涂工藝將所得的穩(wěn)定的混合漿料沉積在硅基底上，然后進行熱處理工藝，重復(fù)上述旋涂工藝-熱處理工藝，得到具有鈦酸鉍鈉/鈦酸鉍鉀鈉無鉛壓電復(fù)合厚膜；所述壓電復(fù)合厚膜的厚度為0.5~30μm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高頻超聲換能器的無鉛壓電復(fù)合厚膜的制備方法，其特征在于，所述熱處理工藝為：先150℃～200℃保溫3~5分鐘，再350℃～450℃保溫3～10分鐘，650℃～750℃退火3～5分鐘。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鉛壓電復(fù)合厚膜的制備方法，其特征在于，所述旋涂工藝為：轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂30秒。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高頻超聲換能器的無鉛壓電復(fù)合厚膜的制備方法，其特征在于，步驟（3）中鈦酸鉍鉀鈉陶瓷粉體占鈦酸鉍鉀鈉陶瓷粉體和鈦酸鉍鈉先驅(qū)體溶膠的總質(zhì)量的20%-80%。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高頻超聲換能器的無鉛壓電復(fù)合厚膜的制備方法，其特征在于，步驟（1）中選用過量的五水硝酸鉍和無水乙酸鈉溶，其中，五水硝酸鉍含量過量范圍在0.5%-5%摩爾，無水乙酸鈉的過量范圍在0.5%-10%摩爾。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高頻超聲換能器的無鉛壓電復(fù)合厚膜的制備方法，其特征在于，步驟（3）中選用的高聚物為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或聚乙烯醇縮丁醛。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高頻超聲換能器的無鉛壓電復(fù)合厚膜的制備方法，其特征在于，步驟（3）中鈦酸鉍鉀鈉陶瓷粉體占鈦酸鉍鉀鈉陶瓷粉體和鈦酸鉍鈉先驅(qū)體溶膠的總質(zhì)量的40%，x=0.18。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高頻超聲換能器的無鉛壓電復(fù)合厚膜的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，將無水乙酸鈉溶于乙二醇甲醚中時加入冰醋酸作為催化劑。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高頻超聲換能器的無鉛壓電復(fù)合厚膜的制備方法，其特征在于，步驟（1）中制得的鈦酸鉍鈉先驅(qū)體溶膠中鈦酸鉍鈉濃度為0.45mol/L。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高頻超聲換能器的無鉛壓電復(fù)合厚膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）、首先按照Bi_0.5Na_0.5TiO₃的化學(xué)計量比,將過量2%摩爾的五水硝酸鉍溶于乙二醇甲醚中，室溫磁力攪拌30分鐘，得到硝酸鉍溶液；將過量10%摩爾的無水乙酸鈉溶于乙二醇甲醚中，同時滴加冰醋酸作為催化劑，室溫磁力攪拌30分鐘，得到乙酸鈉溶液；將摩爾比為1：2的鈦酸四正丁酯和乙酰丙酮溶于乙二醇甲醚中，室溫磁力攪拌40分鐘，得到鈦酸四正丁酯混合溶液；然后分別將硝酸鉍溶液和乙酸鈉溶液滴加至鈦酸四正丁酯混合溶液中，并在80℃下恒溫磁力攪拌1小時，之后自然冷卻至室溫，最終得到澄清的鈦酸鉍鈉先驅(qū)體溶膠，并調(diào)整鈦酸鉍鈉濃度為0.45mol/L；

（2）、按照Bi_0.5(Na_1-xK_x)_0.5TiO₃的化學(xué)計量比分別稱取碳酸鈉、碳酸鉀、三氧化二鉍和二氧化鈦，以無水乙醇為媒介混合球磨，干燥后壓片，然后在1150℃下燒結(jié)4小時，得到具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鉍鉀鈉坯體，再經(jīng)破碎、球磨，得到微納米級鈦酸鉍鉀鈉粉體；x=0.18

（3）、將微納米級鈦酸鉍鉀鈉粉體與濃度為0.45mol/L的鈦酸鉍鈉先驅(qū)體溶膠混合，其中鈦酸鉍鉀鈉的質(zhì)量含量選取為40%，然后加入與鈦酸鉍鈉基體等摩爾的聚乙烯吡咯烷酮作為穩(wěn)定分散劑，普通球磨4小時，使之充分分散均勻，再經(jīng)過磁力攪拌得到穩(wěn)定的混合漿料；

（4）、采用旋涂工藝將所得的穩(wěn)定的混合漿料沉積在鍍Pt的硅基底上，其中轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂30秒；然后進行熱處理工藝，其中先150℃保溫3分鐘，再420℃保溫10分鐘，750℃退火3分鐘；重復(fù)上述旋涂工藝-熱處理工藝，得到具有鈦酸鉍鉀鈉/鈦酸鉍鈉無鉛壓電復(fù)合厚膜。