[發(fā)明專利]一種氧化物助燒結(jié)劑誘導(dǎo)織構(gòu)增強鈮酸鈣鉍高溫壓電陶瓷性能的方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202210397027.3 | 申請日： | 2022-04-15 |
| 公開（公告）號： | CN114560698B | 公開（公告）日： | 2023-04-07 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 潘成兵;楊杰;朱雪斌;童鵬;孫玉平 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院 |
| 主分類號： | C04B35/495 | 分類號： | C04B35/495;C04B35/622;C04B35/64 |
| 代理公司： | 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101 | 代理人： | 喬恒婷 |
| 地址： | 230031 安徽*** | 國省代碼： | 安徽;34 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 氧化物 燒結(jié) 誘導(dǎo) 增強 鈮酸鈣鉍 高溫 壓電 陶瓷 性能 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種氧化物助燒結(jié)劑誘導(dǎo)織構(gòu)增強鈮酸鈣鉍高溫壓電陶瓷性能的方法，通過添加氧化物助燒結(jié)劑來誘導(dǎo)高溫壓電陶瓷的織構(gòu)化，從而制備獲得同時具有優(yōu)異鐵電性能和壓電性能的鉍層狀結(jié)構(gòu)的織構(gòu)化高溫壓電陶瓷材料；所述高溫壓電陶瓷材料的化學(xué)式為CaBisubgt;2/subgt;Nbsubgt;2/subgt;Osubgt;9/subgt;?xwt％M，其中Ca為鈣、Bi為鉍、Nb為鈮、O為氧、M表示氧化物，0＜x≤2.5。本發(fā)明獲得的高溫壓電陶瓷具有較優(yōu)的剩余電極化強度和壓電系數(shù)，在高溫電子器件和其它領(lǐng)域?qū)哂袕V泛的應(yīng)用前景和巨大的潛力。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種高溫壓電陶瓷材料的制備方法，涉及一種氧化物助燒結(jié)劑誘導(dǎo)織構(gòu)增強鈮酸鈣鉍高溫壓電陶瓷性能的方法。
背景技術(shù)
壓電陶瓷作為重要的功能材料被廣泛應(yīng)用于各種電子器件中，如傳感器、能量回收器和換能器。近年來，隨著壓電材料應(yīng)用范圍的進一步拓展，在一些極端環(huán)境下對壓電陶瓷的服役性能提出了新的挑戰(zhàn)。例如，無論是高溫壓電加速度計還是大功率超聲換能器，都必須使用具有高居里溫度的壓電材料，以保證壓電器件在更高的溫度范圍內(nèi)正常工作。迄今為止，LiNbO3、GaPO4、YCa4O(BO3)3、AlN等單晶仍是主要的商用高溫壓電材料。然而，這些單晶的壓電活性較低(4～7pC/N)，制備工藝復(fù)雜，成本較高。Aurivillius層狀結(jié)構(gòu)材料因其具有極高的鐵電居里溫度、良好的熱退極化性能和高電阻率而備受關(guān)注。與上述單晶相比，具有制備工藝簡單、成本低、更容易通過摻雜和改變工藝來提高性能等優(yōu)點。其中，鈮酸鈣鉍(CaBi2Nb2O9，CBNO)具有最高的鐵電居里溫度(TC～940℃)和最高的熱退極化溫度(～800℃)。然而，高矯頑力場和受限于a-b面的自發(fā)極化造成的低的約5pC/N的壓電活性，對其實際應(yīng)用產(chǎn)生不利影響。在提升其性能的方法之中，織構(gòu)化是一種極為有效的方法，但是現(xiàn)今，想要實現(xiàn)該材料的織構(gòu)，需要使用特殊的制備工藝，如SPS，熱壓等等。上述制備工藝復(fù)雜且昂貴，不利于大規(guī)模的制備。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，提供了一種氧化物助燒結(jié)劑誘導(dǎo)織構(gòu)增強鈮酸鈣鉍高溫壓電陶瓷性能的方法。本發(fā)明采用添加氧化物助燒結(jié)劑的方法，利用簡單的固相反應(yīng)法制備出同時具備優(yōu)異鐵電性能和壓電性能的這類鉍層狀結(jié)構(gòu)的織構(gòu)化高溫壓電陶瓷材料。
本發(fā)明氧化物助燒結(jié)劑誘導(dǎo)織構(gòu)增強鈮酸鈣鉍高溫壓電陶瓷性能的方法，通過添加氧化物助燒結(jié)劑來誘導(dǎo)高溫壓電陶瓷的織構(gòu)化，從而制備獲得同時具有優(yōu)異鐵電性能和壓電性能的鉍層狀結(jié)構(gòu)的織構(gòu)化高溫壓電陶瓷材料。
所述高溫壓電陶瓷材料是由鈣、鉍、鈮、氧元素以及氧化物組成的陶瓷。
進一步地，所述高溫壓電陶瓷材料的化學(xué)式為CaBi2Nb2O9-x?wt％M，其中Ca為鈣、Bi為鉍、Nb為鈮、O為氧、M表示氧化物，0＜x≤2.5。
所述氧化物為氧化銅、氧化硼或BaO-2B2O3共晶體等。不同的氧化物會引起樣品在平行于壓制方向產(chǎn)生c軸擇優(yōu)取向，不同氧化物增強織構(gòu)的強度不同。其中BaO-2B2O3是由碳酸鋇與B2O3按照化學(xué)計量比配置而成。
本發(fā)明氧化物助燒結(jié)劑誘導(dǎo)織構(gòu)增強鈮酸鈣鉍高溫壓電陶瓷性能的方法，包括如下步驟：
步驟1：按照配比量稱取碳酸鈣、三氧化二鉍、五氧化二鈮以及氧化物，依次分別將碳酸鈣、三氧化二鉍、五氧化二鈮以及氧化物加入到研缽中，在干燥環(huán)境中研磨1～2h；
步驟2：將研磨好的粉末裝入15mm的壓片模具中，在壓片機上壓片，壓力為20噸，然后在高溫爐中進行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻；
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