[發明專利]一種無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201510439160.0
• 申請日: 2015-07-23
• 公開（公告）號: CN105060881A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 羅美柏
• 申請（專利權）人: 羅美柏
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475;C04B35/50;C04B35/622
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 溫旭

技術領域

本發明涉及壓電陶瓷材料領域，尤其涉及一種無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

壓電陶瓷是一類重要的功能陶瓷，主要應用于實現機械能與電能的耦合與轉換，與壓電晶體相比，具有容易制成形狀復雜、成本低、易批量生產、機電耦合系數大、壓電性和可調節性好，以及優越的光、電、熱、磁、力學性能和化學穩定性等優點，已廣泛應用在機械、電子、通訊、精密控制、國防軍工等眾多領域，在國民經濟、現代科學技術、現代國防中舉足輕重。現在廣泛應用的壓電陶瓷材料主要是Pb(Ti,Zr)O₃(簡稱PZT)體系鉛基壓電陶瓷。鉛基壓電陶瓷中PbO(或Pb₃O₄)的含量約占原料總量的70％，這類陶瓷在生產、使用及廢棄后處理過程中，都會給人類和生態環境造成傷害。再加上由于全球鉛資源存量有限，據國際權威部門估算，預計在二、三十年內全球的鉛將消耗殆盡。因此，研究和開發高性能的無鉛壓電陶瓷是一項具有重要意義的課題。

目前研究的無鉛壓電陶瓷主要包括：鉍層狀結構無鉛壓電陶瓷、鈦酸鋇(BT)基無鉛壓電陶瓷、鈦酸鉍鈉(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃(BNT)基無鉛壓電陶瓷和鈮酸鹽系無鉛壓電陶瓷。目前無鉛壓電陶瓷的制備方法包括：溶膠--凝膠(sol-gel)法、水熱法、共沉淀法、熔鹽法、檸檬酸法、固相燒結法。

現有的壓電陶瓷材料存在結晶性較差、致密度較低、介電和壓電性能較差、生產工藝復雜、生產成本較高等缺點，因此，研發一種無鉛壓電陶瓷材料，使其結晶性好、致密度高、介電和壓電性能優良、生產工藝簡單、生產成本較低，顯得格外重要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，針對現有技術中的不足，本發明提供了一種結晶性好、致密度高、介電和壓電性能優良、生產工藝簡單、生產成本較低無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法，所述無鉛壓電陶瓷的化學通式為SrBi_4-xDy_xTi₄O₁₅，其中x表示摩爾分數，且0.00≤x≤0.06。

具體地，所述無鉛壓電陶瓷由如下組分組成：Bi₂O₃：10.241～10.431g，TiO₂：3.597～3.609g，Dy₂O₃：0.000～0.124g，Sr₂CO₃：1.645～1.651g。

進一步地，采用固相法制備所述壓電陶瓷，首先在鉍層狀壓電陶瓷中制備出SBT陶瓷，再向其中摻雜Dy，具體包括以下步驟：

S1、稱量、混料：采用Bi₂O₃、TiO₂、Dy₂O₃和Sr₂CO₃為原材料，按照化學通式SrBi_4-xDy_xTi₄O₁₅配料、稱重、混合；

S2、預燒：將稱重好的物料放入瑪瑙研缽中進行混合并研磨，采用高濃度的無水乙醇作為球磨介質，研磨好后的物料過2次100目的篩；然后將物料放入坩堝中壓實，進行預燒；

S3、造粒、壓片、排膠：將步驟S2中預燒后的物料放入研缽中研磨，研磨過程中加入聚乙烯醇(PVA)粘結劑，直至研成細塊狀粉粒，烘干、壓片、排膠。

S4、燒結：將步驟S3中已排膠的樣品在馬弗爐中進行燒結。

S5、打磨、涂銀：將步驟S4中燒結好的樣品進行表面打磨、涂銀、燒銀，得到成品。

S6、極化：將步驟S5中的成品在硅油中極化。

優選地，所述步驟S2中的預燒溫度為850℃，保溫時間為2h。

進一步地，所述步驟S3中加入的聚乙烯醇(PVA)粘結劑，具體為1wt％～6wt％的PVA水溶液。

優選地，所述步驟S3中壓片過程的壓力為6MPa，保壓時間為30s，模具內直徑為13mm。

具體地，其特征在于，所述所述步驟S3中的排膠溫度為550℃，保溫時間為2h。

具體地，其特征在于，所述步驟S4中的燒結溫度為1180℃，保溫時間為2h。