本发明专利技术公开了一种三元高居里温度压电陶瓷材料及其制备方法。该压电陶瓷材料的化学式为：(1-y)((1-x)BF-xPT)-yPMN，其中，0<y<0.1，0.2<x<0.4。在铁酸铋-钛酸铅（BF-PT）体系中首次引入第三元组分铌锰酸铅（PMN），形成三元固溶体系。有效利用了BF-PT材料本身具有的高居里温度特性，并且通过引入第三元组分PMN显著提高了BF-PT材料的绝缘性能，使本发明专利技术中BF-PT-PMN材料易于被极化，从而获得高的压电常数。本发明专利技术新型三元高居里温度压电陶瓷制备出了居里温度高达620℃，压电常数达到的90pC/N高温压电陶瓷，比2013年，XiaoliTan在美国专利中制备的高温压电陶瓷具备更加优异的性能，不仅居里温度提高了近50℃而且压电常数也提高了26pC/N。本发明专利技术使BF-PT基材料在高温压电领域的应用化向前迈出了很大的一步。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种。该压电陶瓷材料的化学式为：(1-y)((1-x)BF-xPT)-yPMN，其中，0<y<0.1，0.2<x<0.4。在铁酸铋-钛酸铅（BF-PT）体系中首次引入第三元组分铌锰酸铅（PMN），形成三元固溶体系。有效利用了BF-PT材料本身具有的高居里温度特性，并且通过引入第三元组分PMN显著提高了BF-PT材料的绝缘性能，使本专利技术中BF-PT-PMN材料易于被极化，从而获得高的压电常数。本专利技术新型三元高居里温度压电陶瓷制备出了居里温度高达620℃，压电常数达到的90pC/N高温压电陶瓷，比2013年，XiaoliTan在美国专利中制备的高温压电陶瓷具备更加优异的性能，不仅居里温度提高了近50℃而且压电常数也提高了26pC/N。本专利技术使BF-PT基材料在高温压电领域的应用化向前迈出了很大的一步。【专利说明】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
随着现代科学技术的飞速发展，许多电子电器设备对所选用的压电器件性能参数提出了更高的要求。其中，航空航天、原子能、能源、冶金、石油化工等许多工业和科研部门迫切需要能够在更高的温度下工作的电子设备，在这些特殊领域高温压电材料的应用已经成为当务之急。高温压电陶瓷要求工作温度在300~800 °C，而如今商用化程度很高的锆钛酸铅(PZT)基压电陶瓷材料的适用温度范围在300 °C以下，满足不了高温条件下的应用要求。目前，世界各国的材料科学家正在进行高性能、高居里温度的压电陶瓷材料体系的研究，力图开发高居里温度(T。)、性能优良和稳定性好的压电陶瓷材料。铁酸铋-钛酸铅(BF-PT)固溶体系在准同型相界(MPB)处的居里温度超过了 630V。此外，BF-PT固溶体系在MPB处还具有18%的自发应变，预示着该体系存在优越的压电性能，使BF-PT基材料在高温压电领域具有广阔的应用前景。然而，由于二元BF-PT体系材料的高电导，不仅使其电滞回线的测量变得非常困难，甚至仅通过测量介电常数也不能得到准确的居里温度。另外，由于其矫顽场强很大，约为100 kV/cm，使其极化过程变得极其困难。因此，限制了 BF-PT体系作为高温压电材料在实际中的应用。为了增强BF-PT体系的绝缘性、降低其矫顽场强，进而获得性能优异的高温压电材料，人们采用多种方法对其进行改性，例如掺杂改性、工艺改进以及与其他材料形成三元固溶体等等。已有研究表明，通过元素掺杂能够大大改善BF-PT材料的固有缺陷，提高其压电性能。然而，与此同时，居里温度的降低限制了元素 改性BF-PT材料在高温压电领域的应用。在追求高居里温度和高压电性能的研究过程中发现，这两种性能参数彼此存在取舍。因此，适当地平衡两者之间的关系成为研究高温压电陶瓷的关键。2013，Xiaoli Tan发表的一篇美国专利中，在BF-PT材料中引入第三元组分锆酸铅，在最高居里温度575 °C下可以得到压电常数(d33)为64 pC/N的高温压电陶瓷。其高的居里温度使得此材料具有应用于高温压电领域的潜力，但是其适中的压电常数仍然需要进一步提高。本专利技术基于满足在高温环境下工作的器件对压电材料提出的更高要求，制备出了居里温度高，压电常数高的新型高温压电材料。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种三元高居里温度压电陶瓷材料。本专利技术的目的之二在于提供该压电陶瓷材料的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案: 一种三元高居里温度压电陶瓷材料，其特征在于该压电陶瓷的化学式为:(l-y) ((1-x)BF-xPT)-yPMN，其中，0〈y〈0.1,0.2〈χ〈0.4。—种制备上述的三元高居里温度压电陶瓷材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为:以Bi203、Fe203、PbO、TiO2, MnCO3和Nb2O5为原料，按化学式配料，进行球磨混合，在700^800 °C温度范围内煅烧合成，经多次球磨与煅烧合成至颗粒过140目筛。本专利技术在铁酸铋-钛酸铅(BF-PT)体系中首次引入第三元组分铌锰酸铅(PMN)，形成三元固溶体系。为了利用BF-PT材料本身在准同型相界(MPB)附近具有的高居里温度特点，组分选择同样在MPB附近。铌锰酸铅的含量不超过10%，适量引入PMN不仅使得陶瓷的制备变得容易，陶瓷样品不存在二元BF-PT材料制备易开裂的现象并且有效改善了二元BF-PT材料的高电导特性，提高其绝缘性能。专利技术组分可以用式:(l_y) ((1-x)BF-xPT)-yPMN表示。其中，0〈y〈0.1，PMN含量不超过10% ；0.2〈x〈0.4，BF与PT的含量比保持在二元BF-PT体系中MPB附近。本专利技术有效利用了 BF-PT材料本身具有的高居里温度特性，并且通过引入第三元组分PMN显著提高了 BF-PT材料的绝缘性能，使本专利技术中BF-PT-PMN材料易于被极化，从而获得高的压电常数。本专利技术新型三元高居里温度压电陶瓷制备出了居里温度高达620 °C，压电常数达到的90 pC/N高温压电陶瓷，比2013年，Xiaoli Tan在美国专利中制备的高温压电陶瓷具备更加优异的性能，不仅居里温度提高了近50 °C而且压电常数也提高了 26 pC/N。本专利技术使BF-PT基材料在高温压电领域的应用化向前迈出了很大的一步。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术BF-PT-PMN陶瓷样品的X射线衍射(XRD)图。图2为本专利技术BF-PT-PMN陶瓷的高温介电性能图。图3为本专利技术BF-PT-PMN陶瓷的电滞回线图。图4为本专利技术BF-PT-PMN陶瓷的压电系数d33随温度的变化关系图。【具体实施方式】下面结合实施例对本专利技术进行详细说明: 实施例一: 组分选取:(l_y) ((l-x)BF-xPT) -yPMN, y=0.04，x=0.3。第三元组分铌锰酸铅含量为4%，铁酸铋、钛酸铅比值为7:3。A.0.96 (0.7BF-0.3PT) -0.04PMN 素坯制备(I)粉料的制备 以分析纯的Bi203、Fe203、PbO、TiO2, MnCO3和Nb2O5为原料，按制备50 g 0.96(0.7BF-0.3PT) -0.04PMN所需化学计量比称取上述原料放入球磨罐中，然后加入24 ml去离子水和1.5 ml氨水作为溶剂和重量为原料重量0.8~1.5倍的氧化错珠作为球磨介质，滚动球磨24小时。球磨后，将球磨浆料倒入洁净的瓷碗中，置入120 °C恒温烘箱中烘干，随后将粉料研细，放入坩埚中进行煅烧，合成BF-PT-PMN粉体，煅烧曲线为:从室温5°/min升温至450 °C，保温2 h，再5°/min升温至750 °C，保温4 h，随炉冷却。煅烧完成后，将合成粉料研细，放入球磨罐中，进行第二次球磨。之后，再进行上述相同的第二次煅烧和第三次球磨过程。第三次球磨后出料的粉体烘干后，研细过塞140目，得到颗粒细小、均匀的BF-PT-PMN合成粉体。(2)素坯成型 在制备好的合成粉体中滴加浓度为5%粘结剂PVA，进行造粒。滴加量为粉体量的7%。之后在150 MPa下干压成型。成型好后进行排胶，最后获得BF-PT-PMN素胚，排胶曲线为:从室温0.5°/min升温至450 °C，保温3 h，再0.5°/min升温至600 °C，保温3 h本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三元高居里温度压电陶瓷材料，其特征在于该压电陶瓷的化学式为：(1‑y)((1‑x)BF‑xPT)‑yPMN，其中，0<y<0.1，0.2<x<0.4。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：程晋荣，戴蕊，陈建国，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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