[發明專利]一種二元系壓電陶瓷及其制備方法

在審

• 申請號: 202110505074.0
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113149639A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 程晉榮;徐周上;陳建國
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C04B35/472
• 分類號: C04B35/472;C04B35/622
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 肖愛華

本申請涉及一種新型二元系壓電陶瓷及其制備方法，利用固相反應法制備了一種化學通式為0.365BiScO₃?0.635Pb(Ti_(1?x)Co_x)O₃的二元系壓電陶瓷，Co含量x＝0、0.03。本申請中的壓電陶瓷相對于未摻Co的0.365BiScO₃?0.635PbTiO₃陶瓷，四方相衍射峰強度增大，在保持較高的居里溫度的同時，介電損耗有所降低，k_p、k_t減小，Q_m顯著增大。1kHz時，x＝0、0.03的介電常數分別為1715、1107；介電損耗tanδ分別為5.1％、3.0％；其居里溫度T_c分別為421℃、449℃；其k_p分別為0.55、0.41；k_t分別為0.53、0.47；Q_m分別是23、151。本申請通過引入Co離子對BS?PT陶瓷進行改性，制備出了具有較高居里溫度，介電損耗較小，Q_m較大的的0.365BiScO₃?0.635Pb(Ti_(1?x)Co_x)O₃壓電陶瓷，使鈧酸鉍?鈦酸鉛基陶瓷在壓電材料研究領域的應用化邁出了很大的一步。

技術領域

本申請涉及一種新型壓電陶瓷，特別涉及一種二元系壓電陶瓷及其制備方法，應用于壓電傳感器、換能器等壓電器件的功能材料制備技術領域。

背景技術

作為重要的功能材料，壓電材料在國民經濟的多個領域都發揮著重要應用。隨著現代工業的快速發展，特別是新能源、交通和國防工業的高速發展，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。例如工業上使用的超聲加工、超聲焊接等大功率超聲換能器，核反應堆中使用的高溫超聲波定位探測器，內燃機中使用的燃油噴壓電閥等，必須選用具有高居里點的壓電材料，這樣才能保證壓電器件可在較寬溫度范圍內正常工作，在航空航天領域，高溫壓電加速度傳感器也發揮著重要作用。

目前廣泛商業化應用的鋯鈦酸鉛(PZT)體系壓電陶瓷在MPB區域附近表現出卓越的壓電響應和機電性能，是目前廣泛較為廣泛的大功率壓電材料。雖然PZT壓電陶瓷有著壓電系數高、性能穩定、機械強度大等優點，但其居里溫度T_c約為360℃，由于熱激活老化過程，PZT陶瓷安全使用溫度僅在180℃以下，這限制了它在特殊環境中的使用。

經研究發現新型鉍基鈣鈦礦二元固溶體xBiScO₃-(1-x)PbTiO₃(BS-PT)在準同型相界MPB(x～0.64)附近四方相和三方相共存，具有較高的居里溫度(T_c～450℃)和優良的壓電性能(d₃₃～450pC/N)，是壓電陶瓷高溫應用的理想材料。盡管xBiScO₃-(1-x)PbTiO₃壓電陶瓷相對于PZT壓電陶瓷具有較高的居里溫度和相當的壓電性能，但其介電損耗較大以及機械品質因子較小的問題限制了其廣泛使用。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本申請提供了一種新型二元系壓電陶瓷，其化學通式為：0.365BiScO₃-0.635Pb(Ti_(1-x)Co_x)O₃，其中Co含量x＝0、0.03。這一二元系壓電陶瓷可以通過以下方法制備而成：

粉料合成：采用固相反應法在0.365BiScO₃-0.635PbTiO₃陶瓷中引入Co離子，形成0.365BiScO₃-0.635Pb(Ti_(1-x)Co_x)O₃壓電陶瓷粉體；