[發(fā)明專利]一種可低溫?zé)Y(jié)的無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410388980.7
• 申請日: 2014-08-08
• 公開（公告）號: CN104150898A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邢孟江;鄭敏剛;劉永紅;張樹人
• 申請（專利權(quán)）人: 云南銀峰新材料有限公司
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475;C04B35/622;C04B35/64
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及一種可低溫?zé)Y(jié)的無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法，特別是一種可低溫?zé)Y(jié)的多種氧化物摻雜鉍基鈣鈦礦無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法，屬于無鉛壓電陶瓷材料的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓電陶瓷能夠自適應(yīng)環(huán)境的變化實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能之間的互相轉(zhuǎn)化，具有集傳感、執(zhí)行和控制于一體的特有屬性，是一種重要的功能材料。壓電陶瓷以其獨(dú)特的性能，在商業(yè)、軍事、汽車、計算機(jī)、醫(yī)學(xué)、機(jī)械、電子、通訊以及消費(fèi)等領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛，遍及人們?nèi)粘Ｉ钪械拿總€角落。傳統(tǒng)的壓電陶瓷是以PZT為基的多元系含鉛陶瓷，但是PZT基陶瓷的主要成分之一是易揮發(fā)的有毒物質(zhì)PbO，其PbO的含量均在50%以上，在燒結(jié)過程中以及廢棄之后對環(huán)境和人體造成很大的危害。同時，由于PbO的揮發(fā)特性，使得產(chǎn)品一致性和重復(fù)性降低。在許多傳統(tǒng)壓電陶瓷材料的制備和加工中，不僅大量的消耗資源和能源，而且會造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染。

近年來，隨著環(huán)境保護(hù)和人類社會可持續(xù)發(fā)展的需求，研發(fā)新型環(huán)境友好的壓電陶瓷已成為發(fā)達(dá)國家致力研發(fā)的熱點(diǎn)材料之一。2001年歐洲議會通過了關(guān)于“電子器件和電子設(shè)備中限制有害物質(zhì)”的法令，并定于2008年實(shí)施。其中在被限制使用的物質(zhì)中就包含鉛的壓電器件。為此歐洲共同體立項(xiàng)151萬歐元進(jìn)行關(guān)于無鉛壓電陶瓷的研究與開發(fā)。美國和日本以及我國工信部也相繼通過了類似的法令，并逐年提高對研制無鉛壓電陶瓷項(xiàng)目的支持力度。因此，發(fā)展無鉛基的環(huán)境協(xié)調(diào)性壓電陶瓷取代現(xiàn)有的含鉛壓電陶瓷材料是一項(xiàng)緊迫的挑戰(zhàn)且具有重大意義。

目前的無鉛壓電陶瓷材料主要有BaTiO₃基、Bi_1/2Na_1/2TiO₃(BNT)基、鈮酸鹽系、鉍基層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷等。其中Na_0.5K_0.5NbO₃(KNN)壓電陶瓷材料屬于鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，其居里溫度約為415℃，室溫下為斜方相，被視為為替代傳統(tǒng)PZT壓電陶瓷的候選材料之一。但是這些新型的無鉛壓電陶瓷材料燒結(jié)溫度較高，達(dá)1200~1300℃，造成了能源和資源的浪費(fèi)。為了節(jié)省能源，減少碳排放量，探索一種可低溫?zé)Y(jié)的無鉛壓電陶瓷材料成為當(dāng)前急需解決的核心技術(shù)問題。

本發(fā)明公開了一種可低溫?zé)Y(jié)的多種氧化物摻雜鉍基鈣鈦礦無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法，基體陶瓷材料組成為[Bi_(1.002-X)Na_(1.002-5X)K_4X]_0.5TiO₃‐(X-0.002)BaTiO₃。該體系具有高壓電系數(shù)、高機(jī)電耦合系數(shù)以及高居里溫度，是機(jī)電換能器和壓電驅(qū)動器的關(guān)鍵材料。通常該體系壓電陶瓷燒結(jié)溫度較高，在1100~1200℃，本發(fā)明通過多種氧化物摻雜來降低壓電陶瓷材料的燒結(jié)溫度，同時保持良好的壓電性能、機(jī)電耦合性能以及介電性能?？蓮V泛應(yīng)用于商業(yè)、軍事、汽車、計算機(jī)、醫(yī)學(xué)、機(jī)械、電子、通訊以及消費(fèi)等領(lǐng)域，滿足疊層片式結(jié)構(gòu)低溫共燒陶瓷壓電器件的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種可低溫?zé)Y(jié)的多種氧化物摻雜鉍基鈣鈦礦無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法，目的是解決現(xiàn)有的壓電陶瓷燒結(jié)溫度高，造成環(huán)境污染等問題。本發(fā)明產(chǎn)品具有良好的壓電性能和介電性能、高機(jī)電耦合系數(shù)和高居里溫度，而且制備方法經(jīng)濟(jì)性好、工藝簡單、耗能少、無污染等。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。

一種可低溫?zé)Y(jié)的無鉛壓電陶瓷材料，其化學(xué)通式為，

[Bi_(1.002-X)Na_(1.002-5X)K_4X]_0.5TiO₃-(X-0.002)BaTiO₃＋Y%Li₂CO₃＋M%Fe₂O₃＋W%ZnO