[發明專利]一種使用溫度超過300℃的高性能鐵酸鉍-鈦酸鋇陶瓷及其低溫液相燒結制備方法

有效

• 申請號: 202210912503.0
• 申請日: 2022-07-30
• 公開（公告）號: CN115093212B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 程帥;王鑫;楊華斌;關士博;王雪婷
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C04B35/26
• 分類號: C04B35/26;C04B35/468;C04B35/622;C04B35/64
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 王儉

本發明公開了一種使用溫度超過300℃的高性能鐵酸鉍?鈦酸鋇陶瓷及其低溫液相燒結制備方法，其組成通式為：(1?u)BiFeOsubgt;3/subgt;?uBaTiOsubgt;3/subgt;+1.0mol％MnCOsubgt;3/subgt;+x[Bisubgt;0.5/subgt;(Nasubgt;t/subgt;Lisubgt;0.5?t/subgt;)]TiOsubgt;3/subgt;+yBsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;，其中u、x、y和t表示摩爾分數，[Bisubgt;0.5/subgt;(Nasubgt;t/subgt;Lisubgt;0.5?t/subgt;)]TiOsubgt;3/subgt;及Bsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;為燒結助劑，且0.25≤u≤0.40，0＜x≤0.01，0＜y≤0.05，0≤t≤0.5。本發明利用具有低容忍因子的[Bisubgt;0.5/subgt;(Nasubgt;t/subgt;Lisubgt;1?t/subgt;)]TiOsubgt;3/subgt;，在降低(1?u)BiFeOsubgt;3/subgt;?uBaTiOsubgt;3/subgt;陶瓷燒結溫度的同時，又提高了該陶瓷的高溫壓電性能和高溫穩定性，獲得了在高溫下具有優異壓電性能的無鉛壓電陶瓷，使用溫度超過300℃，在T＞300℃時，其壓電性能可達400pC/N以上，最高原位退極化溫度點達到360℃，相比于現有壓電陶瓷，高溫壓電性能得到了大幅提升。

技術領域

本發明涉及無鉛壓電陶瓷及其低溫液相燒結技術，尤其是一種使用溫度超過300℃的高性能鐵酸鉍-鈦酸鋇陶瓷及其低溫液相燒結制備方法。

背景技術

壓電陶瓷在航空航天、核電、石油化工、地質勘探、冶金、汽車燃油監控、3D打印、高溫超聲波應用等高技術領域具有廣泛應用。目前在該領域內的應用主要以鋯鈦酸鉛(PZT)及其改性的壓電陶瓷體系為主，為了節約能源和降低生產成本，通過采用各種燒結助劑來降低陶瓷的燒結溫度，同時多層壓電陶瓷為了降低內電極成本，也希望獲得更低的燒結溫度。目前鋯鈦酸鉛體系的燒結溫度已經降到了950℃左右，但是在此溫度下燒結制備多層壓電陶瓷仍存在鉛揮發問題，嚴重污染環境。

文獻[Serhiy?O，J?Am?Ceram?Soc,2009,92(12):2957-2961]報導了具有高居里溫度與良好壓電性能的BiFeO₃–BaTiO₃基無鉛壓電陶瓷，燒結溫度在950-975℃，該體系具有很好的高溫穩定性，居里溫度高達400-600℃，而退極化溫度也高達400℃以上；公開號為CN102584195A的專利公開了一種鉍基鈣鈦礦型無鉛壓電陶瓷及其低溫制備方法，采用低溫燒結助劑加固相合成燒結的方法，成功將燒結溫度降至900℃左右。

壓電陶瓷的發展趨勢是無鉛化、多層片式化、微型化等，而多層壓電陶瓷制備的關鍵在于實現低溫內電極材料的共燒，但是目前多層壓電陶瓷在與低溫電極材料共燒時仍然成本較高，其主要原因是燒結溫度較高(≥950℃)，為了提高內電極材料的穩定性，需要在電極材料中添加一定比例的貴金屬如鈀、鉑等。由于鈀、鉑等價格昂貴，因此內電極材料的成本占到了整個多層壓電陶瓷生產成本的80％以上，導致成本高昂無法下降。因此，研究與發展更低溫度下燒結的壓電陶瓷材料對于降低企業生產成本，具有重大意義。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術，提供一種使用溫度超過300℃的高性能鐵酸鉍-鈦酸鋇陶瓷及其低溫液相燒結制備方法，可以在高于300℃以上溫度使用，并且具有優異的高溫壓電性能，同時[Bi_0.5(Na_tLi_0.5-t)]TiO₃還可以降低陶瓷的燒結溫度，減少Bi元素的揮發和氧空位的產生，降低陶瓷的介電損耗。

實現本發明目的的技術方案是：

一種使用溫度超過300℃的高性能鐵酸鉍-鈦酸鋇陶瓷，其組成通式為：