[發明專利]一種高性能壓電陶瓷材料及制備方法

在審

• 申請號: 201910218125.4
• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN109734442A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 李銀峰;林豪杰;李曉燕;李霞;李山鷹;王李鵬;劉向云;蘇箐;王寧
• 申請（專利權）人: 河南城建學院;陜西聲科電子科技有限公司
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475
• 代理公司: 山東博睿律師事務所 37238
• 代理人: 曲成武

本發明公開了一種高性能壓電陶瓷材料及制備方法。所述壓電陶瓷材料為Bi_0.5Na_0.5Ti O₃摻雜氧化鈣。本發明制備的高性能壓電陶瓷材料，為Bi_0.5Na_0.5Ti O₃摻雜氧化鈣，Cs(Re O₄)或碳酸鍶的復合壓電材料，摻雜材料后，壓電陶瓷的居里溫度，Qm等指標有了大幅度提高，增加了壓電陶瓷的硬度以及對于壓力的敏感性，擴寬了材料的應用范圍。

技術領域

本發明屬于壓電陶瓷技術領域，具體涉及一種高性能壓電陶瓷材料及制備方法。

背景技術

壓電陶瓷具有機械能與電能相互轉換的功能，被廣泛地應用于傳感器、換能器、存儲器、超聲馬達、驅動器等微電子元件。壓電效應分為正壓電效應和逆壓電效應，若在晶體的表面施加機械力，材料會產生相應的形變并且在其表面會出現相反的束縛電荷，這種現象被稱為正壓電效應。反之，在晶體的表面施加電場時，材料會產生相應的形變，這種現象被稱為逆壓電效應。由于具有正(逆)壓電效應，壓電材料可以實現機械能與電能之間的相互轉換。

目前，市場上應用最廣泛的壓電陶瓷主要是20世紀50年代發展起來的具有鈣鈦礦結構的鉛基壓電陶瓷。主要是由鐵電體PbTiO₃和反鐵電體PbZrO₃復合所形成的固溶體。由于鉛基壓電陶瓷具有重金屬鉛，不環保且對人體有害，人們逐漸開發無鉛壓電陶瓷。為滿足壓電陶瓷在不同領域的應用，研究者往往會在材料體系中引入不同的外來離子，使其在材料中形成不同的缺陷結構。這樣，壓電陶瓷就會表現出不同的性質，然后被應用于各種電子元件中。

目前，尚未有研究Bi_0.5Na_0.5Ti O₃材料摻雜其他化合物對于材料性能影響的報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高性能壓電陶瓷材料及其制備方法。

一種高性能壓電陶瓷材料，所述壓電陶瓷材料為Bi_0.5Na_0.5Ti O₃摻雜氧化鈣，Cs(Re O₄)或碳酸鍶。

上述高性能壓電陶瓷材料的制備方法，按照如下步驟進行：

(1)按照摩爾比準備原料物質A：Bi₂O₃:Na₂CO₃:Ti₂O₃:＝1:1:2；

(2)將原料物質A放入球磨罐中，按照原料物質A：酒精：鋯珠＝1：3：6的質量比加入酒精和鋯珠，旋緊球磨罐的蓋子，將球磨罐放入行星式球磨機中，在運轉程序為50Hz的條件下行星球磨6-10h；

(3)取出球磨后的原料，分離鋯珠，然后將料放入真空烘箱中烘干，再將烘干后的料放入坩堝中，用研杵將其壓緊，最后將料放入馬弗爐中，在空氣氣氛中800-900℃條件下反應6-10h，預燒初步合成陶瓷粉體；

(4)按照原料物質A:原料物質B重量比1：(0.1-0.3)的比例準備原料物質B；將步驟(3)預燒后的料倒入研缽中，磨細，將料與原料物質B放入球磨罐中并加入鋯珠與無水乙醇，旋緊球磨罐的蓋子，將球磨罐放入行星式球磨機中，在與第一次球磨相同的條件下進行第二次球磨，球磨結束后，取出料將其烘干；

(5)將烘干后的料倒入研缽中，加入1-3倍質量的10％聚乙烯醇溶液，用研杵進行攪拌，同時，在攪拌的過程中不斷的用紅外燈進行烘烤，使料中的水分完全揮發掉，烘干后，將料磨細，使其能夠完全透過90-120目的標準檢驗篩完成造粒；

(6)將造粒過后的陶瓷粉體于壓片磨具中，將其放在粉末壓片機上，以12-18MPa壓力將陶瓷粉體壓成圓片；