專利名稱：添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法，屬于壓電陶瓷材料領(lǐng)域，具體涉及改良地提高鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料整體性能，使其更實用的添加鈷 (Co)和鋁(Al)的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷材料是一類世界各國競相研究開發(fā)的極為重要的功能陶瓷，由于其優(yōu)良的壓電性能，其應(yīng)用已遍及人類日常生活及生產(chǎn)的各個角落，尤其在信息的檢測、轉(zhuǎn)換、處理和儲存等信息技術(shù)領(lǐng)域占有極其重要的地位。目前所用的壓電陶瓷材料主要是I3MZr, Ti) O3基壓電陶瓷材料(簡稱PZT)，但是鉛基陶瓷中In3O (或In33O4)的含量約占原料總量的 70%，這類PZT在生產(chǎn)、使用及廢棄后處理過程中都會給人類和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重損害。據(jù) 《國際電子商情》報道，到2006年1月1日，所有的電子產(chǎn)品都應(yīng)是無鉛的，因此研究和開發(fā)無鉛壓電陶瓷是一項迫切的、具有重大社會和經(jīng)濟意義的課題。在取代PZT方面，多年來人們做了大量的努力，并且也取得了一些非常有學(xué)術(shù)意義的研究結(jié)果。根據(jù)Smolensky規(guī)則， 結(jié)合摻雜、取代改性以及陶瓷制備工藝，研究和開發(fā)出新的無鉛壓電陶瓷體系。目前，可被考慮的無鉛壓電陶瓷體系包括BaTiO3基無鉛壓電陶瓷、Bil72Nal72TiO3(BNT)基無鉛壓電陶瓷、鈮酸鹽(NaNbO3)系無鉛壓電陶瓷、鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷和鎢青銅結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶
PL·寸。BNT是1960年由Smolensky等人發(fā)明的復(fù)合鈣鈦礦鐵電體，室溫時屬三角系，居里溫度為320°C。BNT具有介電常數(shù)小，聲學(xué)性能好等優(yōu)良特性，但是BNT在鐵電相區(qū)的電導(dǎo)率高，因而很難極化，加之Na2O容易吸潮，陶瓷的燒結(jié)溫度范圍窄，導(dǎo)致體系的化學(xué)性能穩(wěn)定性較鉛基陶瓷差。因此單純的BNT陶瓷難以實用化。NaNbO3基無鉛壓電陶瓷具有獨特的物理性質(zhì)低密度、高聲學(xué)速度、介電常數(shù)、機械品質(zhì)因數(shù)及縱向壓電常數(shù)取值范圍較寬等。如以日本研究人員在《Nature》(Nature，432 Q004) 84)學(xué)術(shù)期刊雜志公開的材料編號為LF4T的鈮酸鉀鈉基陶瓷材料，其壓電活性指標(biāo)d33值高達416pC/N，該指標(biāo)堪與實際使用中的PZT4陶瓷壓電活性指標(biāo)d33值相媲美。但是，該LF4T鈮酸鉀鈉基陶瓷在制備過程中利用了比較特殊的織構(gòu)法工藝，而且制備鈮酸鉀鈉基陶瓷材料的原料氧化鈮、氧化鉭的市場價格非常昂貴，因而鈮酸鉀鈉基陶瓷材料在工業(yè)生產(chǎn)制造方面存在著嚴(yán)重的成本問題，實際作為PZT的無鉛壓電陶瓷材料的替代產(chǎn)品很難被市場接受。BaTiO3基壓電陶瓷是研究與發(fā)展得相當(dāng)成熟的無鉛陶瓷材料。相對于上述幾類壓電陶瓷，BaTiO3基壓電陶瓷化學(xué)性能穩(wěn)定，造價、使用及廢棄物處理成本相對低廉，易于被市場接受。但同時BaTiO3基壓電陶瓷電性能居于中等，并存在著性能低、穩(wěn)定性差的弱點， 從而限制了其應(yīng)用范圍和市場空間，因此BaTiO3基壓電陶瓷材料尚需通過相應(yīng)的途徑改善其性能。迄今為止，還未見同時添加鈷(Co)和鋁(Al)等元素對鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷進行改性，以提高其性能方面的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種化學(xué)性能穩(wěn)定、機電耦合系數(shù)Kp和縱向壓電常數(shù)d33高，性能優(yōu)異的添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料，其特征在于包括主體成分和附加成分，主體成分組成式為BaxCaySri_x_y (TiwCcvw) O3，其中0. 80 < χ < 0. 98，0. 01 ^ y ^ 0. 15，0. 83 ^ w ^ 0. 99，附加成分包括占主體成分 0. 08 0.Al2O3 和 0. 02 0. 20wt%&Mg0。優(yōu)選地，所述的主體成分的組成式中0.82 ^ χ ^ 0. 97,0. 02 ^ y ^ 0. 12， 0. 88 ^ w ^ 0. 98。更優(yōu)選地，所述的主體成分的組成式中χ = 0. 92，y = 0. 06，w = 0. 93。一種添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料，其特征在于包括以下步驟1、備料按主體成分組成式稱取適量的碳酸鋇(BaCO3)、二氧化鈦(TiO2)、碳酸鈣 (CaCO3)、碳酸鍶(SrCO3)和三氧化二鈷(Co2O3)，以及相應(yīng)量的三氧化二鋁(Al2O3)和氧化鎂 (MgO)，再以去離子水作為球磨介質(zhì)，攪拌混料2 5h，出料烘干，過30 50目篩；2、預(yù)焙燒及造粒將過篩后物料在1050 1250°C下預(yù)燒3 證，預(yù)燒后再用去離子水作為球磨介質(zhì)，并加入適量粘合劑、甘油和分散劑，粉碎研磨2 4h，放出料漿后造粒；3、成型及燒結(jié)造粒后的粉料在12 20MPa的壓力條件下干壓成型，然后在 1200 1350°C的條件下燒結(jié)2 4h即得無鉛壓電陶瓷材料樣品。步驟2中粘合劑、甘油和分散劑的加入量參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。將燒結(jié)后樣品加工成Φ20Χ2πιπι的標(biāo)準(zhǔn)片，兩面涂上銀電極并在600 900°C烤銀，然后在變壓器油中進行極化，極化溫度為70°C，極化電壓為3000V/mm，放置10天后即可測試其壓電性能參數(shù)。本發(fā)明中的發(fā)明思路是采用鈷(Co)部分代替鈦酸鋇組分表達式BaTiO3中的Ti元素，用鍶(Sr)和鈣(Ca)部分替代表達式中的鋇(Ba)元素，并通過向組分中摻加三氧化二鋁(Al2O3)和氧化鎂(MgO)的摻雜方式，實現(xiàn)對BaTiO3S電陶瓷性能的改良。此種鈦酸鋇基壓電陶瓷材料的化學(xué)成分主體組分可用BaxCaySri_x_y(TiwCo1JO3表示，再輔以主體成分 0. 08 0.Al2O3和0. 02 0.MgO作為附加成分予以摻雜。主體成分表達式中的x、y和w值可依據(jù)實際應(yīng)用中對改性鈦酸鋇基壓電陶瓷材料的壓電性能及其溫度穩(wěn)定性的具體要求而決定。根據(jù)實驗，χ = 0. 8 0. 98，y = 0. 01 0. 15，w = 0. 83 0. 99所得壓電陶瓷材料的性能較為優(yōu)越。準(zhǔn)備主料成分時，可選用分析純的BaCO3(分析純)、Ti02(分析純)、CaC03(分析純)、SrC03(分析純)、A1203(分析純)、Co203 (分析純)和 MgO(分析純)作為原料，其添加量根據(jù)主體組分組成式中的x、y及w值確定，即組成式中的 Ba、Ca、Sr、Ti和Co的元素含量確定。例如需要配制組成式為Biia95Qiaci4Sracil (Tia97Coatl3) O3的主體成分100g，由于此組成式中Ba元素的含量為56. 8%，則需要用到BaCO3(K)O1^純度)81. 68g，其它元素的添加量同Ba元素。用適量的鈷(Co)部分替代Ti對鈦酸鋇陶瓷材料的壓電性能及其溫度穩(wěn)定性的改性，有優(yōu)良的效果。通常情況下，未改性的鈦酸鋇陶瓷材料在室溫附近的晶格結(jié)構(gòu)為四方晶相。用鈷(Co)部分替代Ti可以在保持鈦酸鋇居里溫度(T。)相對變化不大的前提下，提高其四方晶相-正交晶相結(jié)構(gòu)相變溫度(TtJ和正交晶相-三角晶相結(jié)構(gòu)相變溫度(U，將 TQ_K值移植到高于室溫的溫度，使鈦酸鋇陶瓷材料的晶體結(jié)構(gòu)在室溫附近處于正交晶相。利用Tm和！“㈣之間的壓電性能隨溫度變化比Tm和Tc之間的壓電性能隨溫度變化小的特點，在一定程度上改善壓電性能的溫度穩(wěn)定性。同時，在鈦酸鋇材料中添加適量比例的Al2O3和MgO組分，在燒結(jié)過程中可以起到助燒劑的作用，燒結(jié)時陶瓷微觀組織結(jié)構(gòu)中的晶界可以形成液相，有大幅度地降低燒結(jié)溫度的作用，實現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)、抑制晶粒生長，使陶瓷微觀結(jié)構(gòu)組織中的晶粒尺寸適中而均一。 所添加的Al2O3和MgO組分的量有合適的比例范圍，過少含量的Al2O3和MgO起不到有明顯改善陶瓷燒結(jié)性的作用，而過多含量的Al2O3和MgO則會損害壓電活性等壓電性能。適當(dāng)比例的Al2O3和MgO摻雜可以顯著地改善陶瓷材料的燒結(jié)性，使其在比較低的燒結(jié)溫度(1200 1350°C )條件下即能得到較高的致密度，可以維持較高的壓電活性d33值，同時明顯地提升高機電禍合系數(shù)和機械品質(zhì)因數(shù)等壓電性能。另外，由于低溫?zé)Y(jié)的原因，得到的改性鈦酸鋇基陶瓷在微觀結(jié)構(gòu)方面晶粒尺寸變小，鈦酸鋇在Tm和Tm附近壓電性能原先所呈現(xiàn)的大峰值變化會得到有效的抑制，從而可以顯著地拓寬壓電性能溫度穩(wěn)定性的溫度范圍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法所具有的有益效果是通過在鈦酸鋇基的材料中添加鈷(Co)和鋁(Al)等元素對其進行改性，通過分析對比不同的添加量和預(yù)燒及燒成溫度對其壓電性能的影響，獲得了一種性能優(yōu)異的機電耦合系數(shù)Kp和縱向壓電常數(shù)d33高的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料。本發(fā)明從根本上改良了鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料性能，壓電性能方面機電耦合系數(shù)Kp達到0. 348， 縱向壓電常數(shù)d33達到164pC/N，性能得到較大提升，溫度和化學(xué)穩(wěn)定性得到改善，適侯性較強，成本相對較低，進一步滿足市場需求。
具體實施例方式實施例1本實施例為最佳實施例，該種添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料依下列步驟制得1、備料本發(fā)明以BaC03(分析純)、TiO2(分析純)、CaCO3(分析純)、 SrCO3(分析純)、Al2O3(分析純)、Co2O3(分析純)和MgO(分析純)為原料，按照組成式 BaxCaySivx_y (TiwCo1I)O3,其中 x = 0. 92,y = 0. 06,w = 0. 93，稱取 BaC03、TiO2、CaCO3、SrCO3 和Co2O3配制主體成分，再向其中加入占主體成分0. 20%的Al2O3和0. 15%的MgO作為附加成分。用去離子水作為球磨介質(zhì)，利用攪拌球磨機混料3h，出料用壓濾罐濾水后，利用烘箱烘干，過30目篩；2、預(yù)焙燒及造粒過篩后，在1150°C下利用隧道窯預(yù)燒池，預(yù)燒后再用去離子水作為球磨介質(zhì)，并加入適量粘合劑、甘油、分散劑等在攪拌球磨機內(nèi)粉碎研磨池，放出料漿后，利用噴霧造粒塔進行造粒；3、成型及燒結(jié)造粒后的粉料在20MPa的壓力條件下干壓成型，然后在1260°C的條件下通過隧道窯燒結(jié)池。燒結(jié)后所得的樣品加工成Φ20Χ2πιπι的標(biāo)準(zhǔn)片，在兩面涂上銀電極后在750°C烤銀，然后在變壓器油中進行極化，極化溫度為70°C，極化電壓為3000V/mm，放置10天后測試其壓電性能參數(shù)。此樣品所測得壓電性能參數(shù)為機電耦合系數(shù)Kp = 0. 348，縱向壓電常數(shù)d33 = 164pC/N，介電常數(shù)ε = 1599。所的產(chǎn)品的綜合指標(biāo)較為理想，可滿足實際需要。實施例2該種添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料依下列步驟制得1、備料本發(fā)明以BaC03(分析純)、TiO2(分析純)、CaCO3(分析純)、 SrCO3(分析純)、Al2O3(分析純)、Co2O3(分析純)和MgO(分析純)為原料，按照組成式 BaxCaySivx_y (TiwCo1-JO3,其中 x = 0. 86,y = 0. 10,w = 0. 90，稱取 BaC03、TiO2、CaCO3、SrCO3 和Co2O3配制主體成分，再向其中加入占主體成分0. 10%的Al2O3和0. 05%的MgO作為附加成分。用去離子水作為球磨介質(zhì)，利用攪拌球磨機混料5h，出料用壓濾罐濾水后，利用烘箱烘干，過40目篩；2、預(yù)焙燒及造粒過篩后，在1150°C下利用隧道窯預(yù)燒4h，預(yù)燒后再用去離子水作為球磨介質(zhì)，并加入適量粘合劑、甘油、分散劑等在攪拌球磨機內(nèi)粉碎研磨池，放出料漿后，利用噴霧造粒塔進行造粒；3、成型及燒結(jié)造粒后的粉料在15MPa的壓力條件下干壓成型，然后在1260°C的條件下通過隧道窯燒結(jié)池。燒結(jié)后所得的樣品加工成Φ20Χ2πιπι的標(biāo)準(zhǔn)片，在兩面涂上銀電極后在750°C烤銀，然后在變壓器油中進行極化，極化溫度為70°C，極化電壓為3000V/mm，放置10天后測試其壓電性能參數(shù)。此樣品所測得壓電性能參數(shù)為機電耦合系數(shù)Kp = 0. 340，縱向壓電常數(shù) d33 = 159pC/N，介電常數(shù) ε = 1562。實施例3該種添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料依下列步驟制得1、備料本發(fā)明以BaC03(分析純)、TiO2(分析純)、CaCO3(分析純)、 SrCO3(分析純)、Al2O3(分析純)、Co2O3(分析純)和MgO(分析純)為原料，按照組成式 BaxCaySivx_y (TiwCo1-JO3,其中 x = 0. 90,y = 0. 06,w = 0. 91，稱取 BaC03、TiO2、CaCO3、SrCO3 和Co2O3配制主體成分，再向其中加入占主體成分0. 15%的Al2O3和0. 10%的MgO作為附加成分。用去離子水作為球磨介質(zhì)，利用攪拌球磨機混料2h，出料用壓濾罐濾水后，利用烘箱烘干，過50目篩；2、預(yù)焙燒及造粒過篩后，在1050°C下利用隧道窯預(yù)燒證，預(yù)燒后再用去離子水作為球磨介質(zhì)，并加入適量粘合劑、甘油、分散劑等在攪拌球磨機內(nèi)粉碎研磨4h，放出料漿后，利用噴霧造粒塔進行造粒；3、成型及燒結(jié)造粒后的粉料在15MPa的壓力條件下干壓成型，然后在1260°C的條件下通過隧道窯燒結(jié)4h。燒結(jié)后所得的樣品加工成Φ20Χ2πιπι的標(biāo)準(zhǔn)片，在兩面涂上銀電極后在750°C烤銀，然后在變壓器油中進行極化，極化溫度為70°C，極化電壓為3000V/mm，放置10天后測試其壓電性能參數(shù)。此樣品所測得壓電性能參數(shù)為機電耦合系數(shù)Kp = 0. 340，縱向壓電常數(shù) d33 = 159pC/N，介電常數(shù) ε = 1562。實施例4該種添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料依下列步驟制得1、備料本發(fā)明以BaC03(分析純)、TiO2(分析純)、CaCO3(分析純)、SrCO3(分析純)、Al2O3(分析純)、Co2O3(分析純)和MgO(分析純)為原料，按照組成式 BaxCaySivx_y (TiwCo1I)O3,其中 x = 0. 82,y = 0. 12,w = 0. 88，稱取 BaC03、TiO2、CaCO3、SrCO3 和Co2O3配制主體成分，再向其中加入占主體成分0. 08 %的Al2O3和0. 02 %的MgO作為附加成分。用去離子水作為球磨介質(zhì)，利用攪拌球磨機混料3h，出料用壓濾罐濾水后，利用烘箱烘干，過40目篩；2、預(yù)焙燒及造粒過篩后，在1150°C下利用隧道窯預(yù)燒池，預(yù)燒后再用去離子水作為球磨介質(zhì)，并加入適量粘合劑、甘油、分散劑等在攪拌球磨機內(nèi)粉碎研磨4h，放出料漿后，利用噴霧造粒塔進行造粒；3、成型及燒結(jié)造粒后的粉料在12MPa的壓力條件下干壓成型，然后在1260°C的條件下通過隧道窯燒結(jié)池。燒結(jié)后所得的樣品加工成Φ20Χ2πιπι的標(biāo)準(zhǔn)片，在兩面涂上銀電極后在750°C烤銀，然后在變壓器油中進行極化，極化溫度為70°C，極化電壓為3000V/mm，放置10天后測試其壓電性能參數(shù)。此樣品所測得壓電性能參數(shù)為機電耦合系數(shù)Kp = 0. 339，縱向壓電常數(shù) d33 = 157pC/N，介電常數(shù) ε = 1543。實施例5該種添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料依下列步驟制得1、備料本發(fā)明以BaC03(分析純)、TiO2(分析純)、CaCO3(分析純)、 SrCO3(分析純)、Al2O3(分析純)、Co2O3(分析純)和MgO(分析純)為原料，按照組成式 BaxCaySivx_y (TiwCo1-JO3,其中 x = 0. 94,y = 0. 05,w = 0. 95，稱取 BaC03、TiO2、CaCO3、SrCO3 和Co2O3配制主體成分，再向其中加入占主體成分0. 25 %的Al2O3和0. 20 %的MgO作為附加成分。用去離子水作為球磨介質(zhì)，利用攪拌球磨機混料4h，出料用壓濾罐濾水后，利用烘箱烘干，過40目篩；2、預(yù)焙燒及造粒過篩后，在1050°C下利用隧道窯預(yù)燒4h，預(yù)燒后再用去離子水作為球磨介質(zhì)，并加入適量粘合劑、甘油、分散劑等在攪拌球磨機內(nèi)粉碎研磨2. 5h，放出料漿后，利用噴霧造粒塔進行造粒；3、成型及燒結(jié)造粒后的粉料在15MPa的壓力條件下干壓成型，然后在1350°C的條件下通過隧道窯燒結(jié)池。燒結(jié)后所得的樣品加工成Φ20Χ2πιπι的標(biāo)準(zhǔn)片，在兩面涂上銀電極后在750°C烤銀，然后在變壓器油中進行極化，極化溫度為70°C，極化電壓為3000V/mm，放置10天后測試其壓電性能參數(shù)。此樣品所測得壓電性能參數(shù)為機電耦合系數(shù)Kp = 0. 345，縱向壓電常數(shù) d33 = 161pC/N，介電常數(shù) ε = 1578。實施例6該種添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料依下列步驟制得1、備料本發(fā)明以BaC03(分析純)、TiO2(分析純)、CaCO3(分析純)、 SrCO3(分析純)、Al2O3(分析純)、Co2O3(分析純)和MgO(分析純)為原料，按照組成式 BaxCaySivx_y (TiwCo1-JO3,其中 x = 0. 95,y = 0. 04,w = 0. 97，稱取 BaC03、TiO2、CaCO3、SrCO3 和Co2O3配制主體成分，再向其中加入占主體成分0. 15%的Al2O3和0. 08%的MgO作為附加成分。用去離子水作為球磨介質(zhì)，利用攪拌球磨機混料5h，出料用壓濾罐濾水后，利用烘箱烘干，過40目篩；
2、預(yù)焙燒及造粒過篩后，在1150°C下利用隧道窯預(yù)燒4h，預(yù)燒后再用去離子水作為球磨介質(zhì)，并加入適量粘合劑、甘油、分散劑等在攪拌球磨機內(nèi)粉碎研磨池，放出料漿后，利用噴霧造粒塔進行造粒；3、成型及燒結(jié)造粒后的粉料在20MPa的壓力條件下干壓成型，然后在1300°C的條件下通過隧道窯燒結(jié)池。燒結(jié)后所得的樣品加工成Φ20Χ2πιπι的標(biāo)準(zhǔn)片，在兩面涂上銀電極后在750°C烤銀，然后在變壓器油中進行極化，極化溫度為70°C，極化電壓為3000V/mm，放置10天后測試其壓電性能參數(shù)。此樣品所測得壓電性能參數(shù)為機電耦合系數(shù)Kp = 0. 343，縱向壓電常數(shù) d33 = 162pC/N，介電常數(shù) ε = 1559。實施例7該種添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料依下列步驟制得1、備料本發(fā)明以BaC03(分析純)、TiO2(分析純)、CaCO3(分析純)、 SrCO3(分析純)、Al2O3(分析純)、Co2O3(分析純)和MgO(分析純)為原料，按照組成式 BaxCaySivx_y (TiwCo1-JO3,其中 x = 0. 97,y = 0. 02,w = 0. 98，稱取 BaC03、TiO2、CaCO3、SrCO3 和Co2O3配制主體成分，再向其中加入占主體成分0. 15%的Al2O3和0. 08%的MgO作為附加成分。用去離子水作為球磨介質(zhì)，利用攪拌球磨機混料2h，出料用壓濾罐濾水后，利用烘箱烘干，過40目篩；2、預(yù)焙燒及造粒過篩后，在1150°C下利用隧道窯預(yù)燒4h，預(yù)燒后再用去離子水作為球磨介質(zhì)，并加入適量粘合劑、甘油、分散劑等在攪拌球磨機內(nèi)粉碎研磨池，放出料漿后，利用噴霧造粒塔進行造粒；3、成型及燒結(jié)造粒后的粉料在15MPa的壓力條件下干壓成型，然后在1250°C的條件下通過隧道窯燒結(jié)池。燒結(jié)后所得的樣品加工成Φ20Χ2πιπι的標(biāo)準(zhǔn)片，在兩面涂上銀電極后在750°C烤銀，然后在變壓器油中進行極化，極化溫度為70°C，極化電壓為3000V/mm，放置10天后測試其壓電性能參數(shù)。此樣品所測得壓電性能參數(shù)為機電耦合系數(shù)Kp = 0. 340，縱向壓電常數(shù) d33 = 159pC/N，介電常數(shù) ε = 1547。實施例8該種添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料依下列步驟制得1、備料本發(fā)明以BaC03(分析純)、TiO2(分析純)、CaCO3(分析純)、 SrCO3(分析純)、Al2O3(分析純)、Co2O3(分析純)和MgO(分析純)為原料，按照組成式 BaxCaySivx_y (TiwCo1-JO3,其中 x = 0. 98,y = 0. OUw = 0. 99，稱取 BaC03、TiO2、CaCO3、SrCO3 和Co2O3配制主體成分，再向其中加入占主體成分0. 15%的Al2O3和0. 08%的MgO作為附加成分。用去離子水作為球磨介質(zhì)，利用攪拌球磨機混料4h，出料用壓濾罐濾水后，利用烘箱烘干，過40目篩；2、預(yù)焙燒及造粒過篩后，在1150°C下利用隧道窯預(yù)燒4h，預(yù)燒后再用去離子水作為球磨介質(zhì)，并加入適量粘合劑、甘油、分散劑等在攪拌球磨機內(nèi)粉碎研磨3. 5h，放出料漿后，利用噴霧造粒塔進行造粒；3、成型及燒結(jié)造粒后的粉料在20MPa的壓力條件下干壓成型，然后在1300°C的條件下通過隧道窯燒結(jié)池。
燒結(jié)后所得的樣品加工成Φ20Χ2πιπι的標(biāo)準(zhǔn)片，在兩面涂上銀電極后在750°C烤銀，然后在變壓器油中進行極化，極化溫度為70°C，極化電壓為3000V/mm，放置10天后測試其壓電性能參數(shù)。此樣品所測得壓電性能參數(shù)為機電耦合系數(shù)Kp = 0. 335，縱向壓電常數(shù) d33 = 152pC/N，介電常數(shù) ε = 1545。實施例9該種添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料依下列步驟制得1、備料本發(fā)明以BaC03(分析純)、TiO2(分析純)、CaCO3(分析純)、 SrCO3(分析純)、Al2O3(分析純)、Co2O3(分析純)和MgO(分析純)為原料，按照組成式 BaxCaySivx_y (TiwCo1I)O3,其中 x = 0. 80,y = 0. 15,w = 0. 83，稱取 BaC03、TiO2、CaCO3、SrCO3 和Co2O3配制主體成分，再向其中加入占主體成分0. 15%的Al2O3和0. 08%的MgO作為附加成分。用去離子水作為球磨介質(zhì)，利用攪拌球磨機混料4h，出料用壓濾罐濾水后，利用烘箱烘干，過40目篩；2、預(yù)焙燒及造粒過篩后，在1150°C下利用隧道窯預(yù)燒4h，預(yù)燒后再用去離子水作為球磨介質(zhì)，并加入適量粘合劑、甘油、分散劑等在攪拌球磨機內(nèi)粉碎研磨池，放出料漿后，利用噴霧造粒塔進行造粒；3、成型及燒結(jié)造粒后的粉料在20MPa的壓力條件下干壓成型，然后在1300°C的條件下通過隧道窯燒結(jié)池。燒結(jié)后所得的樣品加工成Φ20Χ2πιπι的標(biāo)準(zhǔn)片，在兩面涂上銀電極后在750°C烤銀，然后在變壓器油中進行極化，極化溫度為70°C，極化電壓為3000V/mm，放置10天后測試其壓電性能參數(shù)。此樣品所測得壓電性能參數(shù)為機電耦合系數(shù)Kp = 0. 330，縱向壓電常數(shù) d33 = 150pC/N，介電常數(shù) ε = 1550。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料，其特征在于包括主體成分和附加成分， 主體成分組成式為 BEtxCaySr1Ty (TiwCo1JO3,其中 0. 80 彡 χ 彡 0. 98，0.01 ^ y ^ 0. 15， 0. 83 ^ w ^ 0. 99,附加成分包括占主體成分0. 08 0. 25wt%^ Al2O3和0. 02 0. 20wt% 的 MgO。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料，其特征在于所述的主體成分的組成式中0. 82彡χ彡0. 97，0. 02 ^ y ^ 0. 12，0. 88 ^ w ^ 0. 98。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料，其特征在于所述的主體成分的組成式中x = 0. 92，y = 0. 06, w = 0. 93。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟4.1、備料按主體成分組成式計量比稱取碳酸鋇(BaC03)、二氧化鈦(Ti02)、碳酸鈣 (CaCO3)、碳酸鍶(SrCO3)和三氧化二鈷(Co2O3)，以及占主體成分0. 08 0. 25wt %的三氧化二鋁(Al2O3)和0. 02 0. 20wt%的氧化鎂(MgO)，以去離子水為球磨介質(zhì)，利用攪拌球磨機混料2 5h，出料烘干，過30 50目篩；4. 2、預(yù)焙燒及造粒將過篩后物料在1050 1250°C下預(yù)燒3 5h，預(yù)燒后再用去離子水作為球磨介質(zhì)，并加入適量粘合劑、甘油和分散劑在攪拌球磨機內(nèi)進行粉碎研磨，研磨 2 4h后放出料漿并用噴霧造粒塔進行造粒；4. 3、成型及燒結(jié)造粒后的粉料在12 20MPa的壓力條件下干壓成型，然后在1200 1350°C的溫度下燒結(jié)2 4h即得壓電陶瓷材料樣品。
全文摘要
一種添加鈷和鋁的鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷材料及其制備方法，屬于壓電陶瓷材料領(lǐng)域，此種無鉛壓電陶瓷材料的特征在于包括主體成分和附加成分，主體成分組成式為BaxCaySr1-x-y(TiwCo1-w)O3，其中0.80≤x≤0.98，0.01≤y≤0.15，0.83≤w≤0.99，附加成分包括占主體成分0.08～0.25wt％的Al2O3和0.02～0.20wt％的MgO。該發(fā)明由兩步燒結(jié)法制備，從根本上改良了其性能，壓電性能方面機電耦合系數(shù)Kp達到0.348，縱向壓電常數(shù)d33達到164pC/N，性能得到較大提升，且溫度和化學(xué)穩(wěn)定性得到改善，適侯性較強，成本相對較低，進一步滿足市場需求。
文檔編號C04B35/622GK102249671SQ201110126758
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者孫兆海, 馬濤 申請人:淄博宇海電子陶瓷有限公司