[發明專利]一種無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110337649.2
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN112919905A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 郭菲菲;胡浩杰;董宏盛;王鑫鈺;袁海晨;白偉
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: C04B35/49
• 分類號: C04B35/49
• 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

本發明公開一種無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法，所述陶瓷材料的分子式為：(0.93?x)Bi_0.5Na_0.5TiO₃?0.07Ba(Zr_0.055Ti_0.945)O₃?x(K_0.5Na_0.5)NbO₃，其中，0≤x≤0.07。該陶瓷材料的制備方法包括：配料、球磨、預燒、二次球磨、加粘合劑、過篩造粒、成型、排塑、燒結。本發明制得的無鉛壓電陶瓷具有優異的電學性能，同時，本發明中的陶瓷材料配方簡單、合成工藝簡單、在某些方面可以取代PZT陶瓷。

技術領域

本發明涉及壓電陶瓷材料技術領域，具體涉及一種無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

壓電陶瓷是一種能夠實現電性能與機械性能相互轉化的功能材料，是超聲換能器、傳感器、驅動器等諸多電子器件的核心材料。PZT基壓電陶瓷自從發現以來由于其優異的電學性能是目前應用最廣泛一類陶瓷材料。但是，鉛基壓電陶瓷中含有60％以上的鉛，鉛是一種有毒物質，在陶瓷的制備、使用、廢棄的過程中都會給人類和環境造成危害。

隨著人們環保意識的增強，各國開始頒布法律法規禁止在電子電器設備中使用含鉛材料。在這種大環境下，開發性能優異的環境友好的無鉛壓電陶瓷來取代鉛基壓電材料成為了一項迫切而艱巨的任務。在眾多無鉛壓電陶瓷中，A位復合鈣鈦礦處于鐵電陶瓷Bi_0.5Na_0.5TiO₃(BNT)由于其優異的電學性能被認為是能夠取代PZT基壓電陶瓷的候選材料之一。但是純的BNT陶瓷壓電性能很差，只有73pC/N，且退極化溫度較低，所以無法滿足實際應用的要求。另外純的BNT陶瓷燒結溫區窄、致密度欠佳、物理化學性質不穩定也限制了其在實際中的應用。通過在BNT中摻入雜質離子或能與之形成固溶體的組元，形成具有準同型相界(MPB)的固溶體可以提升陶瓷的壓電性能和電致應變，在很大程度上提高其性能。目前已經開發了一系列二元、三元甚至四元體系的BNT基陶瓷，大大提高了陶瓷的壓電性能。開發多元BNT基陶瓷的目的一方面是提高BNT陶瓷的壓電性能，另一方面是提高BNT陶瓷的電致應變。但現有的多元BNT陶瓷無法在同一體系中同時實現壓電和電致應變的調控，且大的電致應變往往伴隨著達的應變滯后，限制了陶瓷在致動器中的應用。

發明內容

本發明開發了一種新型三元系BNT基壓電陶瓷，解決BNT基在大的電致應變下應變滯后嚴重的的缺點。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種無鉛壓電陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的分子式為：(0.93-x)Bi_0.5Na_0.5TiO₃-0.07Ba(Zr_0.055Ti_0.945)O₃-x(K_0.5Na_0.5)NbO₃，其中，0≤x≤0.07。

上述陶瓷材料的制備方法如下：

(1)以BaCO₃、TiO₂、ZrO₂粉末為原料，按照BaZr_0.055Ti_0.945O₃的化學計量比稱料；

(2)將步驟(1)稱好的粉末裝入球磨罐中，以無水乙醇為介質，采用行星式球磨機球磨1-64h，使粉體混合均勻、顆粒大小一致，為產品質量提供保證；

(3)將步驟(2)球磨好的漿料烘干，壓成Ф60的圓片，放入剛玉坩堝，然后放入馬弗爐中預燒，預燒溫度1100-1300℃,預燒時間2-5h，使原料充分反應合成BaZr_0.055Ti_0.945O₃；