[發(fā)明專利]氧化鋅摻雜鋯鈦酸鋇鈣無鉛壓電陶瓷

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710365064.5
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107162582A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬衛(wèi)兵;趙懷黨;馬民杰;郭靖棟;高驥風(fēng)
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/622;C04B35/638;C04B41/88;H01L41/187
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 張宏祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于以成分為特征的陶瓷組合物，尤其涉及(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.10Ti_0.90)O₃體系的無鉛壓電陶瓷。

背景技術(shù)

壓電材料是實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的一類重要功能材料。因此壓電材料在機(jī)械、電子通訊、軍事等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是一類極其重要的高技術(shù)新材料。其主要應(yīng)用有：壓電變壓器、壓電超聲換能器、壓電繼電器、壓電信號發(fā)生器、標(biāo)準(zhǔn)信號源、濾波器等等。

現(xiàn)今電子元件幾乎遍布人們生活的每一個方面，但是大多數(shù)電子元器件是含鉛的，給人們的生活環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。其原因主要是目前在壓電陶瓷領(lǐng)域，鋯鈦酸鉛基陶瓷是在基礎(chǔ)研究和實(shí)用方面都是最為成功的一類材料，但是由于其中含鉛，在制備、使用及廢棄后處理過程中都會給人類及生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重危害。在這種鉛污染日益嚴(yán)重的情況下，人們對“壓電陶瓷無鉛化”的需求變得更為迫切。近年來，包括我國在內(nèi)的一系列國家相繼頒布了一系列的法令，限制含鉛材料在電力、電子設(shè)備上的應(yīng)用。因此，為提升我國在壓電陶瓷領(lǐng)域的國際競爭力，開展無鉛壓電陶瓷的創(chuàng)新性研究有著重要的戰(zhàn)略意義。目前無鉛壓電陶瓷體系主要有：鎢青銅結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷、鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷、鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷等類型。

(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.10Ti_0.90)O₃是一種具有ABO₃型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電體，其特點(diǎn)包括：較高的介電常數(shù)、高壓電性能、低介電損耗和正溫度系數(shù)效應(yīng)等優(yōu)異電學(xué)性能。其晶體結(jié)構(gòu)有四種，分別為立方向、四方相、三方相和單斜相。目前BCZT被廣泛的用作能量轉(zhuǎn)換器、傳感器和接收器等領(lǐng)域。并且其具備優(yōu)良的微波特性，并被用作多層基片，陶瓷電容器、發(fā)光器件、天線等。BCZT陶瓷雖然具有優(yōu)良的壓電性能，但與鉛基PZT壓電陶瓷相比，還有一定的不足，主要壓電性能還有待提高，目前本實(shí)驗(yàn)室純相BCZT壓電性能d₃₃在300左右，通過在配方、制備工藝和摻雜改性方面的一些研究，以期獲得優(yōu)良的壓電性能，以實(shí)現(xiàn)其在壓電材料上的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，是解決(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.10Ti_0.90)O₃無鉛壓電陶瓷壓電性能較低的弊端，通過加入ZnO提高電學(xué)性能，提供一種能具有較好的電學(xué)性能的(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.10Ti_0.90)O₃體系無鉛壓電陶瓷。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

一種ZnO摻雜鋯鈦酸鋇鈣無鉛壓電陶瓷，其化學(xué)計(jì)量式為(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.10Ti_0.90)O₃-xmol％ZnO，其中x＝0.03～0.24；

該ZnO摻雜鋯鈦酸鋇鈣無鉛壓電陶瓷的制備方法，具有如下步驟：

(1)配料

將原料CaCO3、BaCO3、TiO2和ZrO2，按(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.10Ti0.90)O3的化學(xué)計(jì)量比，以及外加0.03～0.24mol％的ZnO混合后放入球磨罐中；球磨介質(zhì)為去離子水和氧化鋯球，球：料：去離子水的重量比為2：1：0.6；再將混合料放入烘箱內(nèi)于90℃烘干，然后放入研缽內(nèi)研磨，過40目篩；

(2)合成

將步驟(1)中過篩后的粉料，放入坩堝內(nèi)，壓實(shí)，加蓋，密封，在合成爐中于1150℃合成，保溫4h，自然冷卻到室溫，出爐；

(3)二次球磨

將步驟(2)的合成料放入球磨罐中球磨粉碎，再將球磨后的料放入烘箱內(nèi)于90℃烘干，然后放入研缽內(nèi)研磨，過60目篩；

(4)壓片

將步驟(3)過篩后的粉料，外加質(zhì)量百分比為7wt.％的聚乙烯醇水溶液進(jìn)行造粒，壓柱均化，再將其搗碎，研磨過篩，壓制成型為坯件；

(5)排膠

將步驟(4)的坯件放入馬弗爐中，以5℃/min的速率升溫至650℃，保溫1h，并于200℃和350℃各保溫1h，進(jìn)行有機(jī)物排除；

(6)燒結(jié)