[發(fā)明專利]鈦酸鉍鈉-鈦酸鋇-鈦酸鉍鉀無鉛壓電織構(gòu)陶瓷及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310653739.8
• 申請(qǐng)日: 2013-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN103613382A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧珉陽;李曉雷;李婷;趙志浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/475
• 分類號(hào): C04B35/475;C04B35/622
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無鉛壓電材料領(lǐng)域，具體涉及一種織構(gòu)化鈦酸鉍鈉（Na_0.5Bi_0.5TiO₃簡(jiǎn)稱BNT）基陶瓷材料及其制備方法。?

背景技術(shù)

壓電材料是一類重要的、國際競(jìng)爭(zhēng)極為激烈的高技術(shù)新材料。壓電陶瓷品種眾多，可作為傳感器、制動(dòng)器和變頻器被廣泛應(yīng)用到信息、激光、導(dǎo)航和生物等高新技術(shù)領(lǐng)域中。目前得到廣泛應(yīng)用的壓電材料體系主要為含鉛體系，如：PbZr_xTi_1‐xO₃，Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃‐PbTiO₃和Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃‐PbTiO₃。但是，由于這些材料中的Pb元素有毒性，廢棄的含鉛器件能引發(fā)水污染、土地污染等多種環(huán)境問題，這就需要開發(fā)出能夠替代鉛基壓電陶瓷的新型無鉛壓電材料。?

鈦酸鉍鈉于1960年被Smolenskii發(fā)現(xiàn)，是一種A位復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電體，也是目前被認(rèn)為最有希望取代鉛基壓電陶瓷的無鉛壓電材料。BNT基無鉛壓電陶瓷具有較大的剩余極化強(qiáng)度（Pr=38μC/cm²）和較高居里溫度(Tc=320℃),其機(jī)電耦合系數(shù)各向異性較大（厚度機(jī)電耦合系數(shù)k_t為50%，平面機(jī)電耦合系數(shù)k_p為13%），相對(duì)介電常數(shù)較小（240‐340）。并且BNT基陶瓷很容易在較低溫度下燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般在1200℃以下。然而，純的BNT陶瓷的壓電性能較差，僅為60‐80pC/N。為了提高BNT基陶瓷的壓電性能，一般可通過組分調(diào)節(jié)和織構(gòu)化來實(shí)現(xiàn)。?

組分方面，在純BNT基陶瓷的基礎(chǔ)上引入第二、第三組元，發(fā)現(xiàn)位于準(zhǔn)同相界（MPB）附近的Na_0.5Bi_0.5TiO₃‐BaTiO₃‐K_0.5Bi_0.5TiO₃（簡(jiǎn)稱BNBK）具有極佳的性能（d₃₃=180pC/N）。另外，之所以要用織構(gòu)技術(shù)來制備壓電陶瓷，是因?yàn)閴弘娋w的性能不僅與其組分有關(guān)，與切片方向也有著密切的關(guān)系。例如菱方相的壓電單晶在<001>方向的單晶晶片的壓電性能遠(yuǎn)比其他方向的要優(yōu)異的多，所以，對(duì)于菱方相晶體而言<001>方向是最好的切片方向。盡管壓電單晶材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的壓電性能，但其制備工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本過高，不易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。相比單晶而言，陶瓷的制備工藝要簡(jiǎn)單許多，但是陶瓷與單晶不同，由大量隨機(jī)取向的晶粒組成，這種隨機(jī)取向很大程度上抵消了單晶所具有的各向異性，故而多晶陶瓷的壓電性能要比同組分的單晶材料低很多。要使多晶陶瓷材料獲得和單晶接近的性能，可行的辦法是將多晶陶瓷材料的各向異性提高到接近相應(yīng)單晶的水平，也就是說通過?獲得具有擇優(yōu)取向的陶瓷來改善多晶壓電陶瓷材料的性能。?