[發(fā)明專利]一種鈦酸鉍鈉?鈦酸鉍鉀基無鉛壓電陶瓷及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710365543.7
• 申請(qǐng)日: 2017-05-22
• 公開（公告）號(hào): CN107117960A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴葉婧;段少鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/475
• 分類號(hào): C04B35/475
• 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)明屬于一種以組分為特征的陶瓷組合物，特別涉及一種高性能鈦酸鉍鈉-鈦酸鉍鉀(BNKT)基無鉛壓電陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)

壓電陶瓷材料的應(yīng)用遍及社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域及人們生活的各個(gè)方面。目前，應(yīng)用最廣泛的鉛基壓電陶瓷(PZT)，在制備、使用、廢棄過程中由于鉛的存在對(duì)人類及生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害，因此研究和開發(fā)性能優(yōu)異的無鉛壓電陶瓷，意義深遠(yuǎn)且十分迫切。

目前人們已開發(fā)出多種無鉛壓電陶瓷，BaTiO₃是最早發(fā)現(xiàn)的典型的無鉛壓電材料，但由于其居里點(diǎn)低及燒結(jié)溫度高限制了其應(yīng)用。BNKT基無鉛壓電陶瓷，因其具有大的應(yīng)變和對(duì)生態(tài)環(huán)境及人類無害，被認(rèn)為是最有前途取代鉛基壓電陶瓷的材料之一。現(xiàn)有技術(shù)中在0.8BNT-0.2BKT陶瓷的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行B位復(fù)合離子摻雜，利用傳統(tǒng)固相燒結(jié)工藝得到了單極應(yīng)變S～0.42％的壓電陶瓷。但是BNKT基壓電陶瓷在制備過程中堿金屬元素丟失是一個(gè)大問題。目前人們大多通過摻雜改性和改進(jìn)工藝來降低陶瓷材料的燒結(jié)溫度以減少堿的揮發(fā)，本發(fā)明通過堿金屬的彌補(bǔ)來減少堿的揮發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，是為解決BNKT基壓電陶瓷在制備過程中堿金屬元素丟失的問題以及提升BNKT基壓電陶瓷的應(yīng)變性能，通過摻雜(Fe_0.5Nb_0.5)⁴⁺復(fù)合離子對(duì)0.8BNT-0.2BKT基壓電陶瓷的相結(jié)構(gòu)、電致應(yīng)變以及逆壓電系數(shù)的影響，既彌補(bǔ)堿金屬的丟失，又可提高基體陶瓷的應(yīng)變性能，提供一種(Fe_0.5Nb_0.5)⁴⁺復(fù)合離子摻雜改性的BNKT基無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案如下：

一種高性能鈦酸鉍鈉-鈦酸鉍鉀基無鉛壓電陶瓷，原料組分及其摩爾百分比含量為Bi_0.5(Na_0.8K_0.2)Ti_1-x(Fe_0.5Nb_0.5)_xO₃，其中x＝0.01～0.04；

上述高性能鈦酸鉍鈉-鈦酸鉍鉀基無鉛壓電陶瓷的制備方法，具有如下步驟：

(1)按Bi_0.5(Na_0.8K_0.2)Ti_1-x(Fe_0.5Nb_0.5)_xO₃，其中x＝0.01～0.04的化學(xué)式分別稱取基本原料碳酸鈉、碳酸鉀、三氧化二鉍、二氧化鈦、五氧化二鈮和三氧化二鐵，裝入球磨罐中，球磨5h，再將料漿放入烘箱內(nèi)于70℃烘干；

(2)將步驟(1)烘干后的Bi_0.5(Na_0.8K_0.2)Ti_1-x(Fe_0.5Nb_0.5)_xO₃混合原料于700～900℃預(yù)合成，保溫4～6h；

(3)將步驟(2)的預(yù)合成原料裝入球磨罐中，加入球磨劑和球磨介質(zhì)，進(jìn)行二次球磨，并將料漿放入烘箱內(nèi)于70℃下烘干。

(4)將步驟(3)烘干后的原料進(jìn)行加膠造粒、成型為坯體，再進(jìn)行排膠；

(5)將步驟(4)排膠后的坯體，于1100～1200℃燒結(jié)，保溫2～4h，制得高性能鈦酸鉍鈉-鈦酸鉍鉀基無鉛壓電陶瓷。

該鈦酸鉍鈉-鈦酸鉍鉀基無鉛壓電陶瓷為單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。

所述鈦酸鉍鈉-鈦酸鉍鉀基無鉛壓電陶瓷的壓電系數(shù)d₃₃為16～173pC/N,應(yīng)變S為0.173％～0.395％，逆壓電系數(shù)d₃₃^*為258～642pm/V。

所述步驟(1)與(3)的球磨介質(zhì)為氧化鋯球，球磨劑為無水乙醇；原料、無水乙醇和氧化鋯球的質(zhì)量比為1:2:2。

所述步驟(1)與(3)的球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分。

本發(fā)明的有益效果如下：