[發(fā)明專利]三元高居里溫度壓電陶瓷材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410141083.6
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103951405A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程晉榮;戴蕊;陳建國
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: C04B35/26
• 分類號: C04B35/26;C04B35/622
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三元高居里溫度壓電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，許多電子電器設(shè)備對所選用的壓電器件性能參數(shù)提出了更高的要求。其中，航空航天、原子能、能源、冶金、石油化工等許多工業(yè)和科研部門迫切需要能夠在更高的溫度下工作的電子設(shè)備，在這些特殊領(lǐng)域高溫壓電材料的應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。高溫壓電陶瓷要求工作溫度在300～800?℃，而如今商用化程度很高的鋯鈦酸鉛（PZT）基壓電陶瓷材料的適用溫度范圍在300?℃以下，滿足不了高溫條件下的應(yīng)用要求。目前，世界各國的材料科學(xué)家正在進行高性能、高居里溫度的壓電陶瓷材料體系的研究，力圖開發(fā)高居里溫度（T_C）、性能優(yōu)良和穩(wěn)定性好的壓電陶瓷材料。

鐵酸鉍-鈦酸鉛（BF-PT）固溶體系在準(zhǔn)同型相界（MPB）處的居里溫度超過了630?℃。此外，BF-PT固溶體系在MPB處還具有18%的自發(fā)應(yīng)變，預(yù)示著該體系存在優(yōu)越的壓電性能，使BF-PT基材料在高溫壓電領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于二元BF-PT體系材料的高電導(dǎo)，不僅使其電滯回線的測量變得非常困難，甚至僅通過測量介電常數(shù)也不能得到準(zhǔn)確的居里溫度。另外，由于其矯頑場強很大，約為100?kV/cm，使其極化過程變得極其困難。因此，限制了BF-PT體系作為高溫壓電材料在實際中的應(yīng)用。為了增強BF-PT體系的絕緣性、降低其矯頑場強，進而獲得性能優(yōu)異的高溫壓電材料，人們采用多種方法對其進行改性，例如摻雜改性、工藝改進以及與其他材料形成三元固溶體等等。已有研究表明，通過元素摻雜能夠大大改善BF-PT材料的固有缺陷，提高其壓電性能。然而，與此同時，居里溫度的降低限制了元素改性BF-PT材料在高溫壓電領(lǐng)域的應(yīng)用。在追求高居里溫度和高壓電性能的研究過程中發(fā)現(xiàn)，這兩種性能參數(shù)彼此存在取舍。因此，適當(dāng)?shù)仄胶鈨烧咧g的關(guān)系成為研究高溫壓電陶瓷的關(guān)鍵。2013，Xiaoli?Tan?發(fā)表的一篇美國專利中，在BF-PT材料中引入第三元組分鋯酸鉛，在最高居里溫度575?℃下可以得到壓電常數(shù)（d₃₃）為64?pC/N的高溫壓電陶瓷。其高的居里溫度使得此材料具有應(yīng)用于高溫壓電領(lǐng)域的潛力，但是其適中的壓電常數(shù)仍然需要進一步提高。本發(fā)明基于滿足在高溫環(huán)境下工作的器件對壓電材料提出的更高要求，制備出了居里溫度高，壓電常數(shù)高的新型高溫壓電材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種三元高居里溫度壓電陶瓷材料。

本發(fā)明的目的之二在于提供該壓電陶瓷材料的制備方法。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種三元高居里溫度壓電陶瓷材料，其特征在于該壓電陶瓷的化學(xué)式為：(1-y)((1-x)BF-xPT)-yPMN，其中，0<y<0.1，0.2<x<0.4。

一種制備上述的三元高居里溫度壓電陶瓷材料的方法，其特征在于該方法的具體步驟為：以Bi₂O₃、Fe₂O₃、PbO、TiO₂、MnCO₃和Nb₂O₅為原料，按化學(xué)式配料，進行球磨混合，在700~800?℃溫度范圍內(nèi)煅燒合成，經(jīng)多次球磨與煅燒合成至顆粒過140目篩。