[發(fā)明專利]一種利用構(gòu)建離子對獲得大應(yīng)變小滯后的鈦酸鉍鈉基陶瓷及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010519389.6
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111620690A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李偉力;曹文萍;費維棟
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475;C04B35/622;C04B35/63
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種利用構(gòu)建離子對獲得大應(yīng)變小滯后性的鈦酸鉍鈉基陶瓷及其制備方法，它涉及無鉛壓電陶瓷領(lǐng)域。本發(fā)明要解決現(xiàn)有鐵電陶瓷應(yīng)變滯后性嚴(yán)重的問題。本發(fā)明陶瓷制備：a)利用固相球磨法制備施主(Nb₂O₅)摻雜的(Bi_0.5Na_0.5)_0.75Sr_0.25Ti_(1?x)O₃?0.5xNb₂O₅陶瓷粉體；b)在850～950℃溫度下預(yù)燒粉體；c)將粉末冷壓成片，在1140℃?1160℃溫度下燒結(jié)成致密陶瓷。本發(fā)明通過在準(zhǔn)同型相區(qū)的0.75BNT?0.25ST陶瓷進行施主摻雜，在陶瓷晶格內(nèi)形成Ti³⁺?Nb⁵⁺離子對，利用離子對形成偶極矩使疇翻轉(zhuǎn)可逆制備出應(yīng)變大滯后小的鐵電陶瓷，本發(fā)明應(yīng)用于無鉛鐵電陶瓷領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無鉛壓電陶瓷領(lǐng)域,具體涉及一種利用構(gòu)建離子對獲得大應(yīng)變小滯后的鈦酸鉍鈉基陶瓷及其制備方法,是一種環(huán)境友好的應(yīng)變大滯后小的驅(qū)動材料。

背景技術(shù)

壓電陶瓷由于其優(yōu)良的力電耦合性質(zhì)，體積小，響應(yīng)快等優(yōu)點，在傳感器、驅(qū)動器、微位移器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。長期以來，在壓電驅(qū)動器領(lǐng)域占據(jù)統(tǒng)治地位的一直是Pb(Zr_xTi_1-x)O₃(PZT)基陶瓷材料，其應(yīng)變大小可以達到0.1％-1％的數(shù)量級。然而，由于PZT基陶瓷材料含鉛量較高，在生產(chǎn)和使用過程中對人類健康和環(huán)境造成極大的危害，因此，尋找具有應(yīng)變性能優(yōu)異且環(huán)境友好的無鉛驅(qū)動材料便成為必然。

在無鉛鐵電材料的研究中，鈦酸鉍鈉((Bi_0.5Na_0.5)TiO₃,BNT)基陶瓷材料由于在電場激發(fā)下能夠發(fā)生非極性相(弛豫相)和鐵電相之間的可逆相變，利用該相變可以獲得優(yōu)異的應(yīng)變性能，從而成為目前研究最多且最有希望替代鉛基的材料的無鉛驅(qū)動材料之一。目前的研究主要通過在BNT基陶瓷中進行元素?fù)诫s、固溶、改善制備工藝等方法獲得較大的應(yīng)變，其應(yīng)變大小可以達到0.3-0.7％。但就實際應(yīng)用而言，還存在一個亟待解決的問題。BNT基陶瓷在獲得大的應(yīng)變時，其應(yīng)變滯后性也非常大(一般大于50％)，嚴(yán)重影響了驅(qū)動器的靈敏度，難以在實際中得到應(yīng)用。當(dāng)通過摻雜、構(gòu)造鐵電-弛豫復(fù)合陶瓷等方法降低其滯后性時，往往以犧牲應(yīng)變大小為前提。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決本發(fā)明要解決現(xiàn)有鐵電陶瓷應(yīng)變滯后性嚴(yán)重的問題，以及不能同時滿足變滯后性小以及應(yīng)變大的問題，本發(fā)明提出了一種通過施主摻雜(Nb₂O₅)在準(zhǔn)同型相區(qū)的0.75BNT-0.25ST(鈦酸鍶)陶瓷晶格內(nèi)構(gòu)離子對，利用離子對形成的電偶極矩使疇翻轉(zhuǎn)獲得應(yīng)變大滯后小的BNT-ST陶瓷及其制備方法。

本發(fā)明的一種利用構(gòu)建離子對獲得大應(yīng)變小滯后的鈦酸鉍鈉基陶瓷，其特征在于該陶瓷的化學(xué)組成通式為(Bi_0.5Na_0.5)_0.75Sr_0.25Ti_(1-x)O₃-0.5xNb₂O₅；它是由Na₂CO₃、SrCO₃、TiO₂、Bi₂O₃及Nb₂O₅按化學(xué)計量比(Bi_0.5Na_0.5)_0.75Sr_0.25Ti_(1-x)O₃-0.5xNb₂O₅制成，其中，所述的x＝0.5～1.0mol.％。

進一步地，所述的x＝0.8～1.0mol.％。