專利名稱：鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無鉛壓電陶瓷，特別是一種鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷。還涉及這種鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷的制備方法。
背景技術：
壓電陶瓷材料被廣泛地應用于通信、家電、航空、探測和計算機等諸多領域，是一種極為重要的功能陶瓷材料。但是現(xiàn)在大規(guī)模使用的壓電陶瓷為鉛基壓電陶瓷，即二元系 PbTiO3-PbZrO3和三元系I^TiO3-PbZrO3-ABO3 (ABO3為復合鈣鈦礦型鐵電體)的壓電陶瓷。鉛基壓電陶瓷的原料中PbO或Pb3O4約占總量的70 %，并且PbO或Pb3O4在陶瓷的燒結過程中容易揮發(fā)。含鉛壓電陶瓷在生產(chǎn)，廢棄以及回收過程中給自然環(huán)境帶來了極大的危害。而且此類壓電陶瓷的電致應變較低，在0. 0.2%之間。因此它們很難滿足器件中高應變的使用要求。無鉛壓電陶瓷是一種環(huán)境協(xié)調型的壓電陶瓷，材料的組分不含對生態(tài)環(huán)境危害的元素，尤其是鉛，并且材料在制備、使用以及回收的過程中不會對人類和生態(tài)環(huán)境造成危害。文獻"Qinhui Zhang,「Yaoyao Zhang, Feifei Wang, Yaojin Wang, Di Lin, Xiangyong Zhao, Haosu Luo, Wenwei Ge and D. Viehland, Appl. Phys. Lett. 95,102904 (2009) "
了 Mn摻雜的Natl5Bia5TiO3-BaTiO3單晶，最大的應變?yōu)?. 15%。由此可以看出應變仍然較低，較鉛基壓電陶瓷沒有大幅度提高，而且單晶生長存在很多困難，所以還達不到工業(yè)化的生產(chǎn)和使用的目的。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有的鉛基壓電陶瓷應變量低的缺點，本發(fā)明提供一種鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷。本發(fā)明還提供這種鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷的制備方法。該方法制備的二元系壓電陶瓷具有優(yōu)良的壓電性能，可使陶瓷的應變提高。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案一種鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷，其通式是(Nai_xLix)Q.5BiQ.5Ti03-BaTi03;式中x是Li的摩爾含量；其數(shù)值選擇范圍為 0 彡 χ 彡 0. 09?！N上述鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷的制備方法，其特點是包括下述步驟(a)將分析純 BaC03、Bi203、TiO2, Li2C03、Na2CO3 按化學計量比為 (Na1^xLix)O 5Bi0 5TiO3-BaTiO3 配料，其中0 ^ χ ^ 0. 09 ；(b)將配好的料放入球磨罐中按氧化鋯球料酒精為3:1:1的比例混料球磨，球磨時間為8 12小時；(C)將混合好的料烘干后壓塊，在800 900°C溫度下預燒3 5小時，取出煅燒的料打碎，再球磨8 12小時，然后過篩；(d)將過篩后的粉料預壓成片，然后在20 IOOMPa的等靜壓壓力下最終成型；
(e)將成型后的圓片在1100 1150°C下保溫2 4小時，得到鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷；燒結成瓷之后，打磨拋光，然后涂敷銀漿，在550 600°C下，保溫20 30分鐘燒成銀電極。本發(fā)明的有益結果是由于配方中不含鉛元素，陶瓷的燒結性能顯著提高。本發(fā)明提出的二元系壓電陶瓷具有優(yōu)良的壓電性能故應變量由背景技術的0. 15%提高到 0. 21 0. 27%。本發(fā)明的無鉛壓電陶瓷的電致應變較鉛基壓電陶瓷有了大幅度的提高，而且比Mn摻雜的Naa5Bia5TiO3-BaTiO3單晶的性能好的多，可采用傳統(tǒng)壓電陶瓷制備技術獲得。下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細說明。


圖1是本發(fā)明方法實施例1制備的鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷表面顯微形貌照片。圖2是本發(fā)明方法實施例2制備的鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷表面顯微形貌照片。圖3是本發(fā)明方法實施3所制備鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷的電致應變圖。
具體實施例方式實施例1，以分析純BaC03、Bi203、TiO2, Li2C03、Na2CO3為基料，按照化學計量比為 0.92Naa5Bia5Ti03-0 . 08BaTi03m比，精確稱料。然后將氧化鋯球、料和乙醇按照3 1 1的比例放入球磨罐中球磨8小時。將磨好后的料烘干后壓成大片，在800°C下預燒5小時。煅燒之后的粉料再球磨8小時，然后過篩。經(jīng)過過篩之后的粉料，預壓成直徑為12mm，厚度為 1 1. 5mm的圓片，然后在IOOMPa的等靜壓壓力下最終成型。將成型之后的圓片在1100°C 下保溫4小時，得到鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷。燒結成瓷之后，打磨拋光，然后涂敷銀漿，在550°C下，保溫30分鐘燒成銀電極。經(jīng)過電學性能測試，本實施所制備鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷的應變量達到 0. 21%。從圖1中可以看出所制備的陶瓷燒結良好，為均一的單相結構，晶粒大小均勻。實施例2，以分析純BaC03、Bi203、TiO2, Li2C03、Na2CO3為基料，按照化學計量比為 0. 92(Na0.98Li0.02)0.5Bi0.5Ti03-0 . 08BaTi03配比，精確稱料。然后將氧化鋯球、料和乙醇按照 3:1: 1的比例放入球磨罐中球磨12小時。將磨好后的料烘干后壓成大片，在850°C下預燒4小時。煅燒之后的粉料再球磨12小時，然后過篩。經(jīng)過過篩之后的粉料，預壓成直徑為12mm，厚度為1 1. 5mm的圓片，然后在60MPa的等靜壓壓力下最終成型。將成型之后的圓片在1125°C下保溫3小時，得到鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷。燒結成瓷之后，打磨拋光，然后涂敷銀漿，在575 °C下，保溫25分鐘燒成銀電極。經(jīng)過電學性能測試，本實施所制備鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷的應變量達到 0. 15%。從圖2中可以看出所制備的陶瓷燒結良好，為均一的單相結構，晶粒大小均勻。實施例3，以分析純BaC03、Bi203、TiO2, Li2C03、Na2CO3為基料，按照化學計量比為0. 92(Na0.91Li0.09)0.5Bi0.5Ti03-0 . 08BaTi03配比，精確稱料。然后將氧化鋯球、料和乙醇按照 3:1: 1的比例放入球磨罐中球磨10小時。將磨好后的料烘干后壓成大片，在900°C下預燒3小時。煅燒之后的粉料再球磨10小時，然后過篩。經(jīng)過過篩之后的粉料，預壓成直徑為12mm，厚度為1 1. 5mm的圓片，然后在20MPa的等靜壓壓力下最終成型。將成型之后的圓片在1150°C下保溫2小時，得到鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷。燒結成瓷之后，打磨拋光，然后涂敷銀漿，在60(TC下，保溫20分鐘燒成銀電極。經(jīng)過電學性能測試，本實施所制備鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷的應變量達到 0. 27%。從圖3中可以看出陶瓷應變量高達0.27%?？傊?，本發(fā)明通過多組分摻雜改性，以傳統(tǒng)的固相燒結方法，低廉的價格成本成功地制備出具有優(yōu)異電致應變性能的多組元鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷，因此本發(fā)明的無鉛壓電陶瓷適合工業(yè)化推廣和大規(guī)模生產(chǎn)。
權利要求
1.一種鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷，其通式是(Na1ILix)a5Bia5TiO3-BaTiO3 ；式中X是Li的摩爾含量；其數(shù)值選擇范圍為0 < X < 0. 09。
2.—種權利要求1所述鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷的制備方法，其特征在于包括下述步驟(a)將分析純BaC03、Bi203、TiO2,Li2C03、Na2CO3按化學計量比為 (Na1^xLix)O 5Bi0 5TiO3-BaTiO3 配料，其中0 ^ χ ^ 0. 09 ；(b)將配好的料放入球磨罐中按氧化鋯球料酒精為3 1 1的比例混料球磨，球磨時間為8 12小時；(c)將混合好的料烘干后壓塊，在800 900°C溫度下預燒3 5小時，取出煅燒的料打碎，再球磨8 12小時，然后過篩；(d)將過篩后的粉料預壓成片，然后在20 IOOMPa的等靜壓壓力下最終成型；(e)將成型后的圓片在1100 1150°C下保溫2 4小時，得到鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷；燒結成瓷之后，打磨拋光，然后涂敷銀漿，在550 600°C下，保溫20 30分鐘燒成銀電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷，還公開了這種鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷的制備方法，用于解決現(xiàn)有的鉛基壓電陶瓷應變量低的技術問題。技術方案是將分析純BaCO3、Bi2O3、TiO2、Li2CO3、Na2CO3按化學計量比為(Na1-xLix)0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3配料，其中0≤x≤0.09；將配料放入球磨罐中球磨，球磨混合料烘干后壓塊，預煅燒，取出煅燒的料打碎，再球磨、過篩；將過篩后的粉料預壓成片，然后等靜壓成型；成型后的圓片經(jīng)過燒結，得到鈦酸鉍鈉基高應變無鉛壓電陶瓷。由于二元系壓電陶瓷具有優(yōu)良的壓電性能故應變量由背景技術的0.15％提高到0.21～0.27％。
文檔編號C04B35/468GK102173788SQ201110030540
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權日2011年1月27日
發(fā)明者時婧, 樊慧慶 申請人:西北工業(yè)大學