[發明專利]一種具有近零溫度系數的高溫無鉛壓電陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201310701726.3
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103803966A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 周昌榮;周沁;楊華斌;周秀娟;楊濤;陳國華;袁昌來;馬家峰;楊云
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;C04B35/622
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 滕杰鋒

技術領域

本發明涉及壓電陶瓷材料，具體是一種具有近零溫度系數的高溫無鉛壓電陶瓷及其制備方法。

背景技術

壓電傳感器具有結構簡單、體積小、響應快、使用壽命長、受外界干擾小等優點，被廣泛應用于航空航天、機械、建筑、汽車等行業的振動與沖擊測量。隨著原子能、航空航天、汽車、冶金與石油化工等工業發展對可靠性和降低噪音的要求，壓電傳感器需要直接放在高溫部件的內部，這樣要求壓電傳感器不斷挑戰高溫作業的極限，如航空發動機振動的測量與燃料系統的監控必須有能在300℃乃至更高溫度下工作的壓電傳感器。解決這些問題的關鍵是高溫壓電材料。但是，目前性能優良的高溫壓電材料非常少，高溫壓電傳感器主要使用成本高昂，生產工藝復雜、壓電性能較低的壓電單晶材料，而且產品被國外少數幾家企業壟斷。高溫壓電陶瓷相比高溫單晶材料壓電性能較好，可以制備成任意形狀的器件，制備工藝簡單，成本較低，是一類對國家安全和國民經濟可持續發展具有重大意義的新材料。目前報道的高溫壓電陶瓷多集中在鉍層狀結構與ABO₃型鈣鈦礦結構固溶體，而雙鈣鈦礦結構A₂B₁B₂O₆高溫壓電陶瓷還未見報道。

另一方面，高溫壓電陶瓷研究主要集中在提高壓電性能與溫度穩定性方面，對于壓電性能的溫度敏感性問題的研究還未見報道。對于溫度穩定性問題，也是采用退極化溫度與居里溫度來衡量高溫穩定性。退極化溫度是測量樣品在高溫退火后冷卻到室溫的非原位壓電性能，這樣獲得的溫度穩定性不能反應傳感器實際高溫使用的原位壓電性能的溫度敏感性問題。在實際高溫壓電器件的應用中，原位測量壓電性能隨溫度的變化比居里溫度與退極化溫度更能說明實際問題。目前還很少見到高溫壓電陶瓷原位壓電性能溫度系數的報道。

發明內容

本發明的目的是要提供一種具有近零溫度系數的高溫無鉛雙鈣鈦礦結構壓電陶瓷及其制備方法，這種無鉛壓電陶瓷的原位壓電性能溫度系數接近零，具有高溫度穩定性，退極化溫度溫度≥300^oC，環境友好型、穩定性好、壓電性能好。

實現本發明目的的技術方案是：

一種具有近零溫度系數的高溫無鉛壓電陶瓷，其配方為：

(1-x)Bi₂FeMnO₆-xBa_0.7(Bi_0.5Na_0.5)_0.3TiO₃+0.005MnO+0.005Nb₂O₅或

(1-x)Bi₂FeNiO₆-?x?Ba_0.7(Bi_0.5Na_0.5)_0.3TiO₃+0.005MnO+0.005Nb₂O₅或

(1-x)Bi₂FeCrO₆-?x?Ba_0.7(Bi_0.5Na_0.5)_0.3TiO₃+0.005MnO+0.005Nb₂O₅或

(1-x)Bi₂FeCoO₆-?x?Ba_0.7(Bi_0.5Na_0.5)_0.3TiO₃+0.005MnO+0.005Nb₂O₅，

其中x表示摩爾分數，?0<x<0.6。

本發明具有近零溫度系數的高溫無鉛壓電陶瓷的制備方法，包括如下步驟：

（1）將原料按照化學式Ba_0.7(Bi_0.5Na_0.5)_0.3TiO₃進行配料，以無水乙醇為介質球磨24小時，干燥后在氧化鋁坩堝中以900°C一次焙燒5小時合成固溶體粉末；