[發明專利]一種鈦酸鉍鈉鉍層狀壓電陶瓷的制備方法

在審

• 申請號: 202110267307.8
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112851336A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 張飛洋;閆鋒;張楠;楊聲帥;趙斌;婁岳;李寶珠
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十六研究所
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475;C04B35/622;C04B41/88
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 李美英

本發明公開了一種鈦酸鉍鈉鉍層狀壓電陶瓷的制備方法，其化學計量式為Na_0.5Bi_4.5Ti_4?xCo_xO_15?x/2，采用傳統的固相反應法，通過原料配方與工藝的調整和改進，調節B位摻雜離子的含量來改善電學性能，最佳燒結溫度為1080℃，x=0.050時，其壓電常數d₃₃=33pC/N，482℃時高溫電阻率ρ_V=5.87×10⁷Ω·cm，居里溫度Tc=673℃，介電損耗tanδ=0.35%，用其組裝的高溫加速度傳感器在400℃下靈敏度仍能保持在9.54pC/g。工藝簡單，能夠有效降低成本，適合大規模工業化生產。

技術領域

本發明涉及壓電陶瓷的制備，尤其涉及一種鈦酸鉍鈉鉍層狀壓電陶瓷的制備方法。

背景技術

壓電陶瓷可以實現機械能和電能之間的轉換，是一種重要的電子功能陶瓷材料，廣泛應用于電、光、聲、熱等領域的一些能量轉換、濾波、存儲等器件中。近年來，隨著壓電陶瓷應用范圍的進一步拓展，在一些極端環境下對壓電陶瓷的服役性能提出了新的挑戰。例如高溫加速度傳感器等必須采用具有較高居里溫度的壓電陶瓷，這樣才能保證壓電器件可在較寬溫度范圍內正常工作。

在眾多壓電陶瓷材料中，Na_0.5Bi_4.5Ti₄O₁₅鉍層狀壓電陶瓷是一種重要的無鉛環保材料，具有高居里溫度（650℃）、低損耗、良好的抗疲勞性等特點，具有廣闊的市場應用前景。但是，由于鉍層狀材料獨特的層狀晶體結構將自發極化限制在a-b二維平面內，導致材料的矯頑場強高，難以極化，壓電活性低，大大限制了其實際的應用。有效解決這一問題的方法之一是對BNT壓電陶瓷進行摻雜改性。研究表明，B位摻雜可以明顯提高BNT壓電陶瓷的鐵電和壓電性能，且對于居里溫度的影響較小。雖然目前有研究者使用Ta或者Ta、Nb等單一或復合摻雜的方式取代BNT的B位離子，但是壓電常數均在30pC/N以下，使得實際使用時加速度傳感器靈敏度偏低。也有研究者使用模板晶粒生長法等方式使陶瓷晶粒定向排列，以此提高BNT壓電陶瓷的壓電性能，但是這些方式會降低壓電陶瓷的高溫電阻率，降低傳感器高溫使用時的穩定性、可靠性，同時這些方式也不適用于大規模工業化生產。

發明內容

本發明的目的是在不降低居里溫度的前提下提高鈦酸鉍鈉鉍層狀壓電陶瓷的壓電常數和高溫電阻率，通過調整摻雜離子含量和改變制備工藝等方面提高電學性能，提供一種能具有較好的電學性能、較高電阻率和較高居里溫度的鈦酸鉍鈉體系的鈦酸鉍鈉鉍層狀壓電陶瓷的制備方法,其主要應用于工作溫度為482℃的高溫加速度傳感器器件，提高傳感器的靈敏度和高溫使用時的穩定性、可靠性。

本發明采取的技術方案是：一種鈦酸鉍鈉鉍層狀壓電陶瓷的制備方法，制備步驟如下：

（1）、配料

將原料Na₂CO₃、Bi₂O₃、TiO₂和Co₂O₃，按以下計量式：

Na_0.5Bi_4.5Ti_4-xCo_xO_15-x/2進行混合，式中，摩爾含量x=0～0.075，混合后的原料放入球磨罐中球磨，球磨介質為無水乙醇和瑪瑙球，瑪瑙球、原料、無水乙醇的重量比為1.0：(0.4～0.8)：0.5，球磨時間為8h，球磨機頻率為33.5Hz，再將混合料放入烘箱內烘干，然后放入研缽內研磨，過40目篩構成混合原料；

（2）、合成

將步驟（1）中過篩后的混合原料，放入坩堝內，壓實，加蓋，密封，在合成爐中于750℃～850℃合成，保溫2h～4h，自然冷卻到室溫，出爐；

（3）、二次球磨