[發明專利]一種鐵酸鉍-鈦酸鋇無鉛壓電陶瓷材料及制備方法

在審

• 申請號: 202210576471.1
• 申請日: 2022-05-25
• 公開（公告）號: CN115101659A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 何新華;何秀將;盧振亞;王歆
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L41/187
• 分類號: H01L41/187;H01L41/39;H01L41/43;C04B35/26
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳智英

本發明屬于壓電陶瓷的技術領域，公開了一種鐵酸鉍?鈦酸鋇無鉛壓電陶瓷材料及制備方法。所述壓電陶瓷的組成為0.7Bi_1.02FeO₃?0.3BaTiO₃?x％LiF+y％M+z％SiO₂；M表示含Mn金屬化合物；x、y、z分別表示LiF、M和SiO₂的摩爾分數，0.25≤x≤0.75，0.35≤y≤0.75，0≤z≤0.3。本發明還公開了壓電陶瓷的制備方法。本發明調控了晶格中的氧空位濃度，加強晶格畸變，改善了顯微結構，使壓電性和居里溫度均獲得明顯提高。本發明的壓電陶瓷材料燒結溫區寬(880～1020℃)、壓電常數高(d₃₃＝180～208pC/N)、居里溫度高(T_C＝550℃)。

技術領域

本發明屬于壓電陶瓷的技術領域，具體涉及一種鐵酸鉍-鈦酸鋇無鉛壓電陶瓷材料及制備方法。

背景技術

為了滿足低碳環保以及高溫應用如航空航天、地熱鉆探、石油化工、汽車等領域的需求，高溫無鉛壓電材料及器件獲得了極大的發展。近年來開發出的眾多高溫無鉛壓電陶瓷材料體系中，研究較多的是鈣鈦礦結構的鈦酸鉍鈉、鈮酸鉀鈉、鐵酸鉍基壓電材料，其中鐵酸鉍的居里溫度(～830℃)明顯高于其它兩類材料體系，引入鈦酸鋇與之形成鐵酸鉍-鈦酸鋇(BF-BT)固溶體可進一步穩定鈣鈦礦結構，并且BF-BT固溶體存在準同型相界，當BT含量在0.25-0.35之間時三方相與偽立方相共存，具有較好的壓電鐵電性能，因而也是研究較多的組成范圍。但由于高溫燒結過程中的Bi揮發及Fe³⁺變價，造成鐵酸鉍基材料的漏電流大，損耗高，難以極化，限制了其在高溫壓電器件中的應用。陶瓷壓電性能的改善通常伴隨著居里溫度的降低，高的壓電性能和居里溫度存在相互制約。因此，追求高居里溫度和高壓電性能一直是該類陶瓷的重要研究方向。

中國專利CN110128127B通過引入Bi(Ti_0.5Zn_0.5)O₃調控陶瓷的相結構和顯微結構，以Ba(W_0.5Cu_0.5)O₃、Ba(Cu_1/3Nb_2/3)O₃、B₂O₃、Li₂CO₃、V₂O₅中的一種或多種組合為助燒劑，獲得了具有高壓電性能及高溫穩定性的鐵酸鉍-鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷：0.75BiFeO₃-0.25BaTiO₃+0.10Bi(Ti_0.5Zn_0.5)O₃+0.02Li₂CO₃+0.01MnCO₃，在970℃燒結陶瓷獲得最佳性能：d₃₃＝187pC/N，k_p＝0.31％，T_C＝558℃，T_d＝530℃，tanδ＝2.99％。其制備方法除了傳統固相燒結工藝之外，還包括采用高溫高壓條件合成Bi(Ti_0.5Zn_0.5)O₃、通純氧排膠以及高溫淬火等工藝。