[發明專利]多孔鈦酸鋇壓電陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201810736662.3
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108911738B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 李曉娟;景奇;惠增哲;龍偉;方頻陽
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/622;C04B38/06
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發明涉及多孔鈦酸鋇壓電陶瓷及其制備方法，將BaCO₃和TiO₂粉末作為初始原料，放入球磨罐中球磨混合，干燥后壓制成柱狀，放于氧化鋁板上并用氧化鋁坩堝扣住，置于馬弗爐中預燒，并隨爐冷卻；預燒后的原料使用瑪瑙研缽研磨成粉體，獲得預合成BaTiO₃粉體，加入糊精作為致孔劑再次用濕法球磨；球磨后的漿料快速烘干，多次過篩，除去不均勻團聚的大顆粒，獲得均勻的精細粉體，進行壓片成型獲得陶瓷生坯，進行最后燒結，獲得多孔鈦酸鋇壓電陶瓷。本發明使用糊精作為致孔劑，克服了現有多孔壓電陶瓷制備工藝復雜、生產成本高以及不易工業化生產的缺點，制得的多孔鈦酸鋇壓電陶瓷孔隙率高、孔隙分布均勻，具有較低的聲阻抗和較高的靜水壓優值。

技術領域

本發明涉及一種壓電陶瓷材料，具體涉及一種多孔鈦酸鋇壓電陶瓷及其制備方法。

背景技術

多孔壓電陶瓷具有密度小、孔隙率高、聲阻抗小、介電常數小等特點，使其與水和空氣等媒介聲阻抗匹配性好，界面能量損失小，靜水壓優值大，從而廣泛應用于超聲換能器、水聽器、傳感器等，提高器件靈敏度和分辨率。此外，多孔壓電陶瓷的研究也有利于制備具有壓電性能的多孔生物陶瓷材料，拓寬骨組織工程用生物材料在臨床醫學上的應用也具有重要的意義。目前有關多孔壓電陶瓷的研究主要集中在鉛基陶瓷，但鉛是一種對人體和環境危害極大的有毒重金屬，在制備、使用和廢棄時都會造成鉛污染。因此，開發無鉛多孔壓電陶瓷就成為如今多孔材料領域的研究熱點。

BaTiO₃是發現最早的一類無鉛壓電陶瓷，具有優異的介電、壓電和鐵電等性能，廣泛應用于多層陶瓷電容器( MLCC)。傳統BaTiO₃陶瓷多以致密陶瓷出現在電子元器件中，對于多孔BaTiO₃的研究相對較少。相比較結構簡單的普通多孔陶瓷如Si、Al₂O₃、MoO₃等，結構復雜的鈣鈦礦型壓電鐵電多孔陶瓷的制備要困難許多。目前，鈣鈦礦型壓電鐵電多孔陶瓷的制備工藝主要有：(i)添加造孔劑工藝；(ii)冷凍成型工藝；(iii)凝膠注模工藝。造孔劑方法具有制備工藝簡單、成本低廉，而且孔徑大小和結構可調控等優勢，非常適合大規模工業生產，但孔隙率低（ 50%）、孔隙分布不均勻。后兩種方法能夠獲得高孔隙率陶瓷體，但陶瓷力學強度低、制備工藝復雜、成本高、要求特定模具，并且孔隙結構、尺寸和形貌不可調控等，不利于實現工業化生產。

作為一種常用的造孔劑，糊精在水中具有膠凝性，在電子陶瓷成形工藝中可作為保護劑，提高坯料的可塑性、穩定性和生坯強度。除了用作造孔劑外，糊精在陶瓷粉料造粒和壓片中還可用作粘結劑，避免不必要雜質的引入，減小孔徑分布變寬的可能性，提高孔徑結構與形貌的可調控性。另外，糊精還是一種綠色環保材料，無毒性，是食品工業中的基礎原料之一。對于添加造孔劑工藝而言，孔隙率和陶瓷強度強烈依賴于造孔劑含量和煅燒溫度；孔隙分布的均勻性依賴于陶瓷粉料和坯體的制備工藝。

發明內容

本發明的目的是提供一種多孔鈦酸鋇壓電陶瓷及其制備方法，以糊精為造孔劑，獲得最優的制備工藝、最佳的多孔結構以及性能良好的多孔BaTiO₃壓電陶瓷。

本發明所采用的技術方案為：

多孔鈦酸鋇壓電陶瓷的制備方法，其特征在于：

包括以下步驟：

步驟一：將BaCO₃和TiO₂粉末作為初始原料，放入球磨罐中球磨混合；

步驟二：將混合原料在烘干箱干燥后壓制成柱狀，放于氧化鋁板上并用氧化鋁坩堝扣住，置于馬弗爐中預燒，并隨爐冷卻；

步驟三：預燒后的原料使用瑪瑙研缽研磨成粉體，獲得預合成BaTiO₃粉體；

步驟四：在預合成BaTiO₃粉體中加入糊精作為致孔劑再次用濕法球磨；