[發明專利]一種鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 201611103908.0
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106699176A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 歐陽俊;李垚;成宏卜
• 申請（專利權）人: 山東大學蘇州研究院
• 主分類號: C04B35/49
• 分類號: C04B35/49;C04B35/626;C04B35/64;C04B41/88
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技術領域

本發明涉及一種鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷、其制備方法及應用，屬于環境友好型功能陶瓷技術領域。

背景技術

鈦酸鋇（BaTiO₃，BT）作為著名的鐵電和壓電材料，是迄今為止研究得最為透徹的物質之一，而且BaTiO₃ 基壓電陶瓷具有優異電學性能和環境友好性，因此成為目前制備無鉛壓電陶瓷的重要候選材料。

但是，純鈦酸鋇的壓電性能不足(d₃₃~190 pC/N),難以直接取代鉛基陶瓷，而通過摻雜或在BT中加入第二組元或多組元可以優化其物相結構，從而提高其壓電性能。近年來，許多研究都致力于在室溫附近構建鈦酸鋇基鐵電壓電陶瓷的菱方相-正交相（R-O），正交相-四方相（O-T）以及四方相-菱方相（T-R）相界。例如，Kalyani等通過在鈦酸鋇中摻入大半徑B位離子，但這些相界在相圖中是離散的，得到的O-T以及R-O相界并不連續，隨組分變化陶瓷的性能差異明顯。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷及其制備方法，以克服現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷的組分通式為（Sr_xBa_1-x）（Zr_yTi_1-y）O₃，式中，0<x ≤0.1，0< y ≤ 0.1 ， Zr元素的原子數百分含量為2at%-7at% 。

本發明實施例還提供了一種鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷制備的方法，其包括以下步驟：

一、配料 ：

將原料TiO₂、ZrO₂、BaCO₃、SrCO₃粉體按照化學計量比（Sr_xBa_1-x）（Zr_yTi_1-y）O₃進行 稱量，其中0<x ≤0.1，0< y ≤ 0.1 ；

二、混料：

將步驟一稱量的原料放入球磨罐中球磨，球磨介質為無水乙醇和氧化鋯磨球，其中，球磨條件為 ：球料比為4：1：1，球磨時間為 10-12h ；球磨后，將球磨所得漿料于 80-120℃下保溫烘干 1h ；

三、預燒 ：

將步驟二烘干后的粉料放入陶瓷坩堝中，以3-5℃ /min 的升溫速率升溫至800-900 ℃，并保溫1-2 h，再以 3-5℃ /min 的升溫速率升溫至1150-1250℃，并保溫3-5h；

四、造粒：

將步驟三烘干后粉體研磨、過篩，然后添加 5wt.％聚乙烯醇充分研磨進行造粒 ，取140目篩上及60目篩下料粉體備用；

五、成型：

將步驟四140目篩上及60目篩下料粉體放入模具內，在 180-200MPa 的壓力下壓制成小圓片型；

六、排塑：

將步驟六的小圓片放入燒結爐中，以 4-6℃ /min 的升溫速率升溫至550-600℃，保溫 2-3h 進行排膠 ；

七、燒結：

將步驟六中排塑后的圓片放入陶瓷坩堝中，以升溫速率為5 ℃/min從室溫升溫至1150-1250 ℃，保溫60 min，之后在40-50 min內將溫度升至1350-1380 ℃，保溫10-20 min，再在10-20 min升溫至1400 ℃，保溫120 min，隨爐冷至室溫，獲得（Sr_xBa_1-x）（Zr_yTi_1-y）O₃；

八、被銀

將上步制得的陶瓷小圓片在正反兩面刷上銀漿，干燥后，在高溫燒結爐內加熱到600 ℃，并保溫30 min，得到帶銀電極的陶瓷小圓片樣品。

在一些實施方案中，均采用行星式球磨機對物料進行濕磨，且行星式球磨機的轉速為 100-500 r/min；優選為 300 r/min。

在一些實施方案中，所述步驟五中壓制的坯體為圓片狀結構，且坯體直徑為 10-15mm；優選為12mm，厚度為1-2mm。

本發明還提供一種電極材料，其包括上述的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷。