[發明專利]一種鉍層狀結構壓電陶瓷材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710702646.8
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107500749A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 郭勇全;王海圣;韓哲;柯銀洪;翁新全;許靜玲
• 申請（專利權）人: 廈門乃爾電子有限公司
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;C04B35/638;C04B35/622;H01L41/187;H01L41/257
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司35203
• 代理人: 李寧

技術領域

本發明涉及一種鉍層狀結構壓電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

近年來，我國在航空航天、電子信息、武器裝備和能源等領域發展十分迅速，對其中關鍵功能部件提出了越來越苛刻的要求。在一些重要領域應用的壓電器件，如聲波測井儀、壓電式傳感器等的共同特點是工作環境溫度高，這就要求壓電材料能在高溫下穩定、可靠的工作。

壓電陶瓷材料常作為壓電式傳感器的核心元件，鉍層狀結構壓電陶瓷由于其擁有高的居里溫度，可以在較高的溫度下不會發生結構相變，同時能夠在較寬的溫度范圍內使壓電系數保持穩定，是目前高溫壓電式傳感器用高溫壓電陶瓷材料的最佳技術方案。

鉍層狀結構壓電陶瓷材料是Bengt Aurivillius于1949年在 Bi₂O₃-TiO₂體系中首次發現，其分子式為(Bi₂O₂)²⁺(A_m-1B_mO_3m+1)^2-，它是由鉍氧層(Bi₂O₂)²⁺和類鈣鈦礦層(A_m-1B_mO_3m+1)^2-沿著c軸相互交錯而成，其中：A代表具有12配位的一價、二價、三價離子或者它們的復合離子，如：La³⁺、Ba²⁺、Pb²⁺、K⁺、Ca²⁺和Sr²⁺等，B代表具有氧八面體配位的四價、五價、六價離子或者它們的復合離子，如：Ti⁴⁺、 Nb⁵⁺、Fe³⁺和W⁶⁺等，m和m-1分別為鉍氧層之間夾雜的氧八面體及類鈣鈦礦層的數目。例如，鈮酸鉍基(M_0.5Bi_2.5Nb₂O₉,M是堿金屬)是 m＝2的鉍層狀結構材料，其居里溫度(居里點)超過780℃，壓電常數可達到19pC/N。但與實際應用相比，其壓電性能及居里溫度均無法滿足高溫下使用的要求。因此，如何同時提高居里溫度和壓電性能以獲得高溫范圍內穩定使用的鉍層狀結構壓電陶瓷材料成為本領域研究的一個重要課題。

發明內容

為了克服現有技術中存在的壓電陶瓷材料無法在高溫工作下同時擁有穩定的綜合電學性能，本發明的目的在于提供一種具有高居里溫度、高壓電性能和高溫穩定工作的鉍層狀結構壓電陶瓷材料及其制備方法。

為達成上述目的，本發明的解決方案為：

一種鉍層狀結構壓電陶瓷材料，該壓電陶瓷材料以Bi₂O₃和 Nb₂O₅為主體，采用稀土組分和堿金屬共同取代改性制成，其分子通式為：(MBi)_x(M'N)_yBi₂Nb₂O₉，分子通式中x的取值范圍為0～0.5，y 的取值范圍為0～0.5，M和M'均為堿金屬Li、Na、K中的至少一種， N為稀土組分La、Ce中的至少一種。

所述鉍層狀結構壓電陶瓷分子通式中所述組分Bi取自氧化鉍 Bi₂O₃,所述組分Nb取自氧化鈮Nb₂O₅，所述組分La取自氧化鑭 La₂O₃，所述組分Ce取自氧化鈰CeO₂，所述組分Li取自碳酸鋰 Li₂CO₃，所述組分Na取自碳酸鈉Na₂CO₃，所述組分K取自碳酸鉀 K₂CO₃。

所述鉍層狀結構壓電陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

第一步、按前述相應粉體原料的化學計量比進行配料，得到原始粉料，將原始粉料在無水乙醇溶液中預球磨后，烘干壓成塊狀，進行預燒結，得到預燒結的粉料；

第二步、將所述預燒結的粉料進行二次球磨、烘干后，得到經過二次球磨的粉料；