[發明專利]一種錫鈦酸鋇鈣基無鉛壓電陶瓷及其制備工藝

無效

• 申請號: 201310093220.9
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN103145413A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 徐志軍;陳明麗;初瑞清;李艷;姬萬濱;馬帥
• 申請（專利權）人: 聊城大學
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/622
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無鉛壓電材料領域，具體涉及一種鈦酸鋇鈣-錫鈦酸鋇(BCT?-BST)二元系無鉛壓電陶瓷及其制備工藝及包含該復合物的壓電陶瓷器件。

背景技術

近年來出于對人類健康和自然環境的保護，學者們致力于尋找有毒鉛基壓電材料的替代產品。任曉兵等發現的經傳統固相合成法制備的(Ba,Ca)(Ti,Sn)O₃體系的壓電陶瓷在最優組分處具有異常的性能，壓電常數d₃₃=530?pC/N,?室溫時的相對介電常數ε_r?=3800（Dezhen?Xue,?Yumei?Zhou,?Huixin?Bao,?Jinghui?Gao,?Chao?Zhou?et?al,?Large?piezoelectric?effect?in?Pb-free?Ba(Ti,Sn)O₃-x(Ba,Ca)TiO₃?ceramics,?Appl.?Phys.?Lett.?2011，99：122901），該課題組還發現(Ba,Ca)(Ti,Zr)O₃體系的壓電陶瓷同樣具有優異的性能。他們關于鈦酸鋇基壓電材料的研究極大的引起了人們的注意力。研究發現壓電陶瓷的壓電性能在相轉變區得到了增強，在相轉變區由于自由能曲面的變平使極化狀態不穩定，從而使在外電場或應力下極化改變變得容易，材料的介電和壓電性能因此得到增強（Jürgen.?R?del,?Wook?Jo,?Klaus?T.?P.?Seifert,?Eva-Maria?Anton,?and?Torsten?Granzow,?Dragan?Damjanovic,?Perspective?on?the?Development?of?Lead-free?Piezoceramics,?J.?Am.?Ceram.Soc,2008,?92?[6]：1153–1177）。但(Ba,Ca)(Ti,Zr)O₃體系的相轉變不僅由組分改變引起（MPB），而且溫度變化也可以引起相結構變化（PPT）。對于鈦酸鋇基壓電材料性能增強是在居里溫度以下的多晶型相轉變處（PPT），比如在5℃對應的正交-四方相轉變處。Ca²⁺,?Sn⁴⁺離子摻雜可以有效的改變鈦酸鋇的相轉變溫度（B.?Jaffe,?W.?R.?Cook,?and?H.?Jaffe.?Piezoelectric?Ceramics.?London:?Academic;?1971），可以通過這兩種離子的共同摻雜來改變改變鈦酸鋇的相轉變溫度以在室溫處形成相共存區，增強鈦酸鋇基陶瓷的壓電性能。

盡管在PPT處可以獲得較高的壓電性能，但是壓電性能具有明顯的溫度依賴性（W.?Li,?Z.?Xu,?R.?Chu,?P.?Fu,?G.?Zang,?Temperature?Stability?in?Dy-Doped?(Ba_0.99Ca_0.01)(Ti_0.98Zr_0.02)O₃?Lead-Free?Ceramics?with?High?Piezoelectric?CoefficientJournal?of?the?American?Ceramic?Society?2011，94：3181-3183.），這是由于在溫度-組分相圖上PPT相界是明顯傾斜的，即溫度的變化引起相變，進而使材料的壓電性能隨溫度升高而下降，影響了實際應用。本發明通過對鈦酸鋇基壓電陶瓷的研究，不僅得到了擁有較高壓電性能的錫鈦酸鋇鈣基無鉛壓電陶瓷體系，而且其性能在20-70℃內相對穩定，具有廣泛的應用前景。

發明內容

本發明的目的是為了解決無鉛壓電陶瓷壓電性能較差與溫度穩定性不好的問題，提供一種BCT–BST二元陶瓷粉體（錫鈦酸鋇鈣基無鉛壓電陶瓷粉體）及其陶瓷的制備工藝，所述陶瓷不僅具有較好的壓電性能，而且具有優異的溫度穩定性。本發明得到國家“863”計劃（2013AA030501）、山東省自然科學基金（ZR2012EMM004，）、山東省博士基金(No.?BS2010CL010)的資助。