[發(fā)明專利]一種具有高介電性能的鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷材料

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510337135.1
• 申請日: 2015-06-17
• 公開（公告）號: CN105060879A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳勇;楊淮;楊琰;李璋;黃漢華
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北大學(xué)
• 主分類號: C04B35/462
• 分類號: C04B35/462;C04B35/64
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務(wù)所(普通合伙) 42212
• 代理人: 丁齊旭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子陶瓷元件制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種具有高介電性能的鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷材料，它是一種新型高介電常數(shù)、低介電損耗的鈣鈦礦的壓電陶瓷材料。

背景技術(shù)

壓電陶瓷作為一類重要的功能材料，在無損檢測、超聲換能、傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，也是一類國際競爭激烈的高技術(shù)新材料。而目前占主導(dǎo)地位的還是以鋯鈦酸鉛(簡稱PZT)基為主的鉛基壓電陶瓷，其中氧化鉛或四氧化三鉛約占原材料總重量一半以上，在制備、使用和廢棄過程中都會給環(huán)境和人類的健康帶來嚴(yán)重的危害。因此開發(fā)出非鉛基環(huán)境協(xié)調(diào)性綠色壓電陶瓷材料是一項(xiàng)緊迫且具有重大實(shí)用意義的課題。事實(shí)上，在壓電陶瓷無鉛化的研究與開發(fā)上世界各國均進(jìn)行了不少的工作，取得了局部性的進(jìn)展。從結(jié)構(gòu)組分來看，可供選擇的無鉛壓電陶瓷組分主要有:鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(如BaTiO₃，NaNbO₃-KNbO₃，Bi_0.5Na_0.5TiO₃(BNT)等),鉍層狀結(jié)構(gòu)(如Bi₄Ti₃O₁₂，CaBi₄Ti₄O₁₅等)及鎢青銅結(jié)構(gòu)(如Sr_xBa_1–xNb₂O₆Ba₂，NaNb₅O₁₅等)三類。無鉛壓電陶瓷體系中，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Na_0.5Bi_0.5TiO₃(簡稱BNT)是較早發(fā)現(xiàn)的典型的無鉛材料，為A位復(fù)合離子鈣鈦礦型鐵電體，室溫下屬三方晶相，居里溫度Tc為320℃。BNT具有強(qiáng)鐵電性，壓電性能良好(BNT陶瓷的機(jī)電耦合系數(shù)k₁₁、k₃₃約在50％左右)，介電常數(shù)較小(240～340)及聲學(xué)性能佳、燒結(jié)溫度低等特點(diǎn)，是目前研究最廣泛、最具有實(shí)用化前景的無鉛壓電陶瓷體系之一。但其居里溫度較低且介電常數(shù)過小，遠(yuǎn)不及有鉛壓電材料介電常數(shù)高(約為2000左右)，因此，開發(fā)介電常數(shù)大、介電損耗低、居里溫度高、聲學(xué)性能佳的無鉛壓電陶瓷材料具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供了一種新型高介電性能的鈦酸鉍鈉基鈣鈦礦無鉛壓電陶瓷，其化學(xué)通式為：Na_0.5Bi_xTi₄O_1.5x+8.25，其中x＝4.48—4.52。實(shí)施例的三種組分材料是x＝4.48,4.50,4.52，即實(shí)驗(yàn)中選Na_0.5Bi_4.48Ti₄O_14.97，Na_0.5Bi_4.50Ti₄O₁₅和Na_0.5Bi_4.52Ti₄O_15.3三種組分材料。所制備的陶瓷相對于Na_0.5Bi_0.5TiO₃(BNT)等無鉛壓電陶瓷具有介電常數(shù)高，損耗角小，電阻率大等特點(diǎn)。

為達(dá)到發(fā)明目的，本發(fā)明提供了無鉛壓電陶瓷Na_0.5Bi_xTi₄O_1.5x+8.25的制備方法，其方法包括以下步驟：

(1)反應(yīng)物為Na₂CO₃,TiO₂和Bi₂O₃(純度為99％)，反應(yīng)物在干燥器中冷卻至室溫后由化學(xué)通式計(jì)量比稱重得到，樣品通過傳統(tǒng)的固相法加工制備。具體配方如下：