无铅压电陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种无铅压电陶瓷及其制备方法。一种无铅压电陶瓷，包括无铅压电陶瓷片，该无铅压电陶瓷片的化学通式为0.71BiFe

Lead free piezoelectric ceramic and preparation method thereof

The invention relates to a lead-free piezoelectric ceramic and a preparation method thereof. A lead-free piezoelectric ceramic comprises a lead-free piezoelectric ceramic sheet, wherein the chemical formula of the lead free piezoelectric ceramic sheet is 0.71BiFe

【技术实现步骤摘要】
无铅压电陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及压电陶瓷材料领域，尤其涉及一种无铅压电陶瓷及其制备方法。
技术介绍
高温压电材料被广泛应用于新型涡轮发动机、蒸汽机以及核能发电的自动监控，以及航天航空、卫星、导弹的自动控制、汽车发动机燃油监控、石化勘探、超声勘探、冶金、地质等众多特殊领域。在这些领域中，研制出能在高温下不出现退极化而劣化压电器件温度稳定性的压电陶瓷材料非常迫切。目前，对压电陶瓷的生产主要集中在传统的以锆钛酸铅(PZT)为基的多元系含铅陶瓷。PZT基陶瓷是一种环境负担沉重的材料，其中有毒物质铅的含量高达60％以上，对环境十分不利。
技术实现思路
鉴于此，有必要提供一种新型的环境友好的无铅压电陶瓷。此外，还提供一种无铅压电陶瓷的制备方法。一种无铅压电陶瓷，包括无铅压电陶瓷片，所述无铅压电陶瓷片的化学通式为0.71BiFe1-x(Mg1/2Ti1/2)xO3·0.29BaTiO3，其中，0＜x＜1.0。在其中一个实施例中，所述x为0.01～0.1。一种无铅压电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：按照化学通式0.71BiFe1-x(Mg1/2Ti1/2)xO3·0.29BaTiO3中各元素的化学计量比，将Bi源、Fe源、Ba源、Mg源及Ti源混合，并于600～800℃焙烧1～8小时，得到混合粉末，其中，0＜x＜1.0；将所述混合粉末压制成型，并于常压下900～1000℃埋粉烧结1～8小时，得到化学通式为0.71BiFe1-x(Mg1/2Ti1/2)xO3·0.29BaTiO3的无铅压电陶瓷片；及在所述无铅压电陶瓷片上披电极，接着进行极化，得到所述无铅压电陶瓷。在其中一个实施例中，所述x为0.01～0.1。在其中一个实施例中，在所述焙烧的步骤之前，还包括将混合的所述Bi源、Fe源、Ba源、Mg源及Ti源进行球磨的步骤，所述球磨的步骤具体为：以无水乙醇为介质，球磨8～10小时。在其中一个实施例中，在所述焙烧的步骤之前，还包括预烧的步骤：将混合的所述Bi源、Fe源、Ba源、Mg源及Ti源于600℃～700℃保温预烧1～8小时，得到预烧粉末。在其中一个实施例中，在所述预烧的步骤之后，所述焙烧的步骤之前，还包括对所述预烧粉末进行球磨的步骤。在其中一个实施例中，将所述混合粉末压制成型的步骤之前，还包括对所述混合粉末造粒的步骤，具体为：在所述混合粉末中加入聚乙烯醇的水溶液，接着过200目筛～300目筛。在其中一个实施例中，在所述无铅压电陶瓷片上披电极之前，还包括将所述无铅压电陶瓷片于700～800℃保温烧结30～45分钟的步骤。在其中一个实施例中，所述极化的步骤具体为：在将所述披有电极的无铅压电陶瓷片置于有机溶剂中，在极化电场为3000～5000V/mm和70～100℃的条件下极化5～20分钟。上述无铅压电陶瓷为钙钛矿结构，为ABO3型，其中的Mg、Ti复合取代部分B位的Fe，使得上述无铅压电陶瓷具有优异的电性能，使其在高温下能够长时间保持高的压电性能，且其不含有铅，不会污染环境，因此，是一种环境友好型的新型无铅压电陶瓷。附图说明图1为一实施方式的无铅压电陶瓷的制备方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。一实施方式的无铅压电陶瓷，包括无铅压电陶瓷片，无铅压电陶瓷片的化学通式：0.71BiFe1-x(Mg1/2Ti1/2)xO3·0.29BaTiO3，其中，0＜x＜1。该无铅压电陶瓷片为钙钛矿结构，ABO3型，其中的Mg、Ti复合取代部分B位的Fe，使得上述无铅压电陶瓷具有优异的电性能，使其在高温下能够长时间保持高的压电性能，且由于Bi在元素周期表中与Pb相邻，具有相同的电子分布、相近的离子半径和分子量，因此，Bi基铁电体能够代替铅基压电陶瓷。优选的，x为0.01～0.1。当x的取值为0.01～0.1能够使上述无铅压电陶瓷具有更佳优异的电性能，使其在高温(退极化温度)下长时间保持高的压电性能。上述无铅压电陶瓷的电性能优异，在高温下长时间保持高的压电性能，且其不含有铅，不会污染环境，因此，上述无铅压电陶瓷是一种环境友好型的新型无铅压电陶瓷。如图1所示，一实施方式的无铅压电陶瓷的制备方法，可以用于制备上述无铅压电陶瓷。该无铅压电陶瓷的制备方法包括如下步骤：步骤S110：按照化学通式0.71BiFe1-x(Mg1/2Ti1/2)xO3·0.29BaTiO3中各元素的化学计量比，将Bi源、Fe源、Ba源、Mg源及Ti源混合，并于600～800℃焙烧1～8小时，得到混合粉末，其中，0＜x＜1.0。其中，Bi源可以为Bi2O3；Fe源可以为Fe2O3；Ba源可以为BaCO3；Mg源可以为MgCO3、MgO、Mg(OH)2或MgCO3·Mg(OH)2·4H2O；Ti源可以为TiO2。优选的，x为0.01～0.1。在本实施例中，步骤S110中，在焙烧的步骤之前，还包括将混合的Bi源、Fe源、Ba源、Mg源及Ti源进行球磨的步骤，球磨的步骤具体为：以无水乙醇为介质，球磨8～10小时。具体的，球磨的方法为高能球磨法(又称机械力化学)。高能球磨法能够提高球磨效果。步骤S110中，焙烧是在加盖的氧化铝坩埚中进行的，从而防止灰尘的落入，而导致杂质的引入。其中，步骤S110中，球磨以后，还包括干燥的步骤。干燥温度为80℃。在本实施例中，在焙烧的步骤之前，还包括预烧的步骤：将混合的Bi源、Fe源、Ba源、Mg源及Ti源于600℃～700℃保温预烧1～8小时，得到预烧粉末。通过先预烧有利于Mg、Ti对Fe的取代反应，消除一部分内应力，有利于压电陶瓷的电性能的优化。其中，预烧的温度低于焙烧的温度。优选的，在预烧的步骤之后，焙烧的步骤之前，还包括对预烧粉末进行球磨的步骤。该球磨的步骤具体为：以无水乙醇为介质，高能球磨8～10小时。其中，在预烧粉末球磨的步骤之后，还包括将球磨后的预烧粉末进行干燥的步骤。步骤S120：将混合粉末压制成型，并于常压下900～1000℃埋粉烧结1～8小时，得到化学通式为0.71BiFe1-x(Mg1/2Ti1/2)xO3·0.29BaTiO3的无铅压电陶瓷片。其中，在将混合粉末压制成型之前，还包括将混合粉末以无水乙醇为介质，高能球磨12小时，接着干燥。通过在成型之前，将混合粉末进行球磨，使粉末混合均匀，同时使减小颗粒的尺寸，有利于优化压电陶瓷的电性能。其中，将混合粉末压制成型的步骤之前，还包括对混合粉末造粒的步骤，具体为：在混合粉末中加入聚乙烯醇的水溶液，接着过200目筛～300目筛。具体的，将球磨干燥并过筛后的混合粉末进行造粒。优选的，聚乙烯醇的水溶液的质量百分浓度为5％。其中，将粉末压制成型时的压力为50MPa～200MPa。步骤S130：在无铅压电陶瓷片上披电极，接着进行极化，得到无铅压电陶瓷。其中，在无铅压电陶瓷片上披电极之前，还包括将无铅压电陶瓷片于700～800℃保温烧结30～45分钟的步骤。通过对无铅压电陶瓷片进行再次烧结处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铅压电陶瓷，其特征在于，包括无铅压电陶瓷片，所述无铅压电陶瓷片的化学通式为0.71BiFe

【技术特征摘要】
1.一种无铅压电陶瓷，其特征在于，包括无铅压电陶瓷片，所述无铅压电陶瓷片的化学通式为0.71BiFe1-x(Mg1/2Ti1/2)xO3·0.29BaTiO3，其中，0＜x＜1.0。2.根据权利要求1所述的无铅压电陶瓷，其特征在于，所述x为0.01～0.1。3.一种无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按照化学通式0.71BiFe1-x(Mg1/2Ti1/2)xO3·0.29BaTiO3中各元素的化学计量比，将Bi源、Fe源、Ba源、Mg源及Ti源混合，并于600～800℃焙烧1～8小时，得到混合粉末，其中，0＜x＜1.0；将所述混合粉末压制成型，并于常压下900～1000℃埋粉烧结1～8小时，得到化学通式为0.71BiFe1-x(Mg1/2Ti1/2)xO3·0.29BaTiO3的无铅压电陶瓷片；及在所述无铅压电陶瓷片上披电极，接着进行极化，得到所述无铅压电陶瓷。4.根据权利要求3所述的无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述x为0.01～0.1。5.根据权利要求3所述的无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，在所述焙烧的步骤之前，还包括将混合的所述Bi源、Fe源、Ba源、Mg源...

【专利技术属性】
技术研发人员：单旭，陈邦义，祖文林，
申请(专利权)人：深圳市比克动力电池有限公司，深圳市比克电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44