[發明專利]寬工作溫區高介電性能的無鉛電子陶瓷材料及制備方法

有效

• 申請號: 201710547143.8
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107311643B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 陳勇;張燦燦;鄒建雄;王瑋;曹萬強;潘瑞琨;李璋
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: H01G4/12
• 分類號: H01G4/12;H01B3/12;C04B35/453;C04B35/622
• 代理公司: 11228 北京匯澤知識產權代理有限公司
• 代理人: 胡建文<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明提供了一種寬工作溫區高介電性能的無鉛電子陶瓷材料，化學通式為Na_0.5Bi_4.5Ti_4?xMg_yO_15?2x+y，其中x＝0～0.08，y＝0.04～0.08。另外本發明還提供了該寬工作溫區高介電性能的無鉛電子陶瓷材料的制備方法。本發明對現有的鈣鈦礦結構的無鉛壓電陶瓷進行改性，通過Mg替代Ti或在Ti位摻Mg合成單相新型材料，相對于現有未摻Mg的無鉛壓電陶瓷材料而言，本發明的寬工作溫區高介電性能的無鉛電子陶瓷材料具有高介電常數和較低的最小介電損耗，同時通過改變摻Mg的量可得到具有不同性能陶瓷片，從而可應用于不同性能要求的器件中，應用范圍廣。

技術領域

本發明屬于電子陶瓷元件制備技術領域，具體涉及一種寬工作溫區高介電性能的無鉛電子陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

壓電陶瓷作為一類重要的功能材料，在無損檢測、超聲換能、傳感器等領域有著廣泛的應用，也是一類國際競爭激烈的高技術新材料。而目前占主導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境和人類的健康帶來嚴重的危害。因此開發出非鉛基環境協調性綠色壓電陶瓷材料是一項緊迫且具有重大實用意義的課題。

事實上，在壓電陶瓷無鉛化的研究與開發上世界各國均進行了不少的工作，取得了局部性的進展。從結構組分來看，可供選擇的無鉛壓電陶瓷組分主要有:鈣鈦礦結構(如BaTiO₃，NaNbO₃-KNbO₃，Bi_0.5Na_0.5TiO₃(BNT)等),鉍層狀結構(如Bi₄Ti₃O₁₂，CaBi₄Ti₄O₁₅等)及鎢青銅結構(如Sr_xBa_1–xNb₂O₆Ba₂，NaNb₅O₁₅等)三類。無鉛壓電陶瓷體系中，鈣鈦礦結構的Na_0.5Bi_0.5TiO₃(簡稱BNT)是較早發現的典型的無鉛材料，為A位復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具有強鐵電性，壓電性能良好(BNT陶瓷的機電耦合系數k₁₁、k₃₃約在50％左右)，介電常數較小(240～340)及聲學性能佳、燒結溫度低等特點，是目前研究最廣泛、最具有實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過小，遠不及有鉛壓電材料介電常數高(約為2000左右)，因此，開發介電常數大、介電損耗低、居里溫度高、聲學性能佳的無鉛壓電陶瓷材料具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種寬工作溫區高介電性能的無鉛電子陶瓷材料，采用傳統固相反應法即可制得，具有介電常數大、最小介電損耗低、居里溫度高、聲學性能佳等優點。

為此，本發明實施例提供了一種寬工作溫區高介電性能的無鉛電子陶瓷材料，化學通式為Na_0.5Bi_4.5Ti_4-xMg_yO_15-2x+y，其中x＝0～0.08，y＝0.04～0.08。

進一步的，所述無鉛電子陶瓷材料化學通式中：x＝0，y＝0.04～0.08。

進一步的，所述無鉛電子陶瓷材料化學通式中：y＝x，y＝0.04～0.08。

進一步的，所述無鉛電子陶瓷材料的介電常數為1538.75～2324.03，最小介電損耗為0.00203259～0.00352346。