一种高性能压电陶瓷材料及制备方法技术

技术编号:21079085 阅读:25 留言:0更新日期:2019-05-11 05:46
本发明专利技术公开了一种高性能压电陶瓷材料及制备方法。所述压电陶瓷材料为Bi0.5Na0.5Ti O3掺杂氧化钙。本发明专利技术制备的高性能压电陶瓷材料,为Bi0.5Na0.5Ti O3掺杂氧化钙,Cs(Re O4)或碳酸锶的复合压电材料,掺杂材料后,压电陶瓷的居里温度,Qm等指标有了大幅度提高,增加了压电陶瓷的硬度以及对于压力的敏感性,扩宽了材料的应用范围。

A High Performance Piezoelectric Ceramic Material and Its Preparation Method

The invention discloses a high-performance piezoelectric ceramic material and a preparation method thereof. The piezoelectric ceramic material is Bi0.5Na0.5TiO 3 doped calcium oxide. The high performance piezoelectric ceramics prepared by the invention are Bi0.5Na0.5Ti O 3 doped calcium oxide, Cs (Re O4) or strontium carbonate composite piezoelectric materials. After doping, the Curie temperature and Qm of the piezoelectric ceramics have been greatly improved, the hardness of the piezoelectric ceramics and the sensitivity to pressure have been increased, and the application range of the materials has been broadened.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能压电陶瓷材料及制备方法
本专利技术属于压电陶瓷
,具体涉及一种高性能压电陶瓷材料及制备方法。
技术介绍
压电陶瓷具有机械能与电能相互转换的功能,被广泛地应用于传感器、换能器、存储器、超声马达、驱动器等微电子元件。压电效应分为正压电效应和逆压电效应,若在晶体的表面施加机械力,材料会产生相应的形变并且在其表面会出现相反的束缚电荷,这种现象被称为正压电效应。反之,在晶体的表面施加电场时,材料会产生相应的形变,这种现象被称为逆压电效应。由于具有正(逆)压电效应,压电材料可以实现机械能与电能之间的相互转换。目前,市场上应用最广泛的压电陶瓷主要是20世纪50年代发展起来的具有钙钛矿结构的铅基压电陶瓷。主要是由铁电体PbTiO3和反铁电体PbZrO3复合所形成的固溶体。由于铅基压电陶瓷具有重金属铅,不环保且对人体有害,人们逐渐开发无铅压电陶瓷。为满足压电陶瓷在不同领域的应用,研究者往往会在材料体系中引入不同的外来离子,使其在材料中形成不同的缺陷结构。这样,压电陶瓷就会表现出不同的性质,然后被应用于各种电子元件中。目前,尚未有研究Bi0.5Na0.5TiO3材料掺杂其他化合物对于材料性能影响的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高性能压电陶瓷材料及其制备方法。一种高性能压电陶瓷材料,所述压电陶瓷材料为Bi0.5Na0.5TiO3掺杂氧化钙,Cs(ReO4)或碳酸锶。上述高性能压电陶瓷材料的制备方法,按照如下步骤进行:(1)按照摩尔比准备原料物质A:Bi2O3:Na2CO3:Ti2O3:=1:1:2;(2)将原料物质A放入球磨罐中,按照原料物质A:酒精:锆珠=1:3:6的质量比加入酒精和锆珠,旋紧球磨罐的盖子,将球磨罐放入行星式球磨机中,在运转程序为50Hz的条件下行星球磨6-10h;(3)取出球磨后的原料,分离锆珠,然后将料放入真空烘箱中烘干,再将烘干后的料放入坩埚中,用研杵将其压紧,最后将料放入马弗炉中,在空气气氛中800-900℃条件下反应6-10h,预烧初步合成陶瓷粉体;(4)按照原料物质A:原料物质B重量比1:(0.1-0.3)的比例准备原料物质B;将步骤(3)预烧后的料倒入研钵中,磨细,将料与原料物质B放入球磨罐中并加入锆珠与无水乙醇,旋紧球磨罐的盖子,将球磨罐放入行星式球磨机中,在与第一次球磨相同的条件下进行第二次球磨,球磨结束后,取出料将其烘干;(5)将烘干后的料倒入研钵中,加入1-3倍质量的10%聚乙烯醇溶液,用研杵进行搅拌,同时,在搅拌的过程中不断的用红外灯进行烘烤,使料中的水分完全挥发掉,烘干后,将料磨细,使其能够完全透过90-120目的标准检验筛完成造粒;(6)将造粒过后的陶瓷粉体于压片磨具中,将其放在粉末压片机上,以12-18MPa压力将陶瓷粉体压成圆片;(7)将陶瓷圆片置于马弗炉中,在高温下进行排胶;(8)将排胶后的陶瓷圆片放入马弗炉中,缓慢升温至烧结温度,保温3-8h进行烧结,然后自然冷却到室温,取出陶瓷片,制成。所述原料物质B为氧化钙,Cs(ReO4),碳酸锶或其任意两种物质按照摩尔比1:1的组合。步骤(3)所述真空烘箱中烘干的温度为100-120℃。步骤(6)所述圆片直径约为10mm,厚度约为1mm。步骤(7)所述排胶的升温程序为:经过3-6h升温到400-500℃,然后8-10h升温到650-750℃,保温6-8h,最后自然降至室温,取出料。步骤(8)所述烧结温度为1100℃-1200℃。步骤(4)加入的料与原料物质B:无水乙醇:锆珠的质量比为1:3:6。本专利技术的有益效果:本专利技术制备的高性能压电陶瓷材料,为Bi0.5Na0.5TiO3掺杂氧化钙,Cs(ReO4)或碳酸锶的复合压电材料,掺杂材料后,压电陶瓷的居里温度,Qm等指标有了大幅度提高,增加了压电陶瓷的硬度以及对于压力的敏感性,扩宽了材料的应用范围。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1一种高性能压电陶瓷材料,所述压电陶瓷材料为Bi0.5Na0.5TiO3掺杂氧化钙。上述高性能压电陶瓷材料的制备方法,按照如下步骤进行:(1)按照摩尔比准备原料物质A:Bi2O3:Na2CO3:Ti2O3:=1:1:2;(2)将原料物质A放入球磨罐中,按照原料物质A:酒精:锆珠=1:3:6的质量比加入酒精和锆珠,旋紧球磨罐的盖子,将球磨罐放入行星式球磨机中,在运转程序为50Hz的条件下行星球磨9h;(3)取出球磨后的原料,分离锆珠,然后将料放入真空烘箱中烘干(烘干的温度为110℃),再将烘干后的料放入坩埚中,用研杵将其压紧,最后将料放入马弗炉中,在空气气氛中850℃条件下反应9h,预烧初步合成陶瓷粉体;(4)按照原料物质A:氧化钙重量比1:0.2的比例准备氧化钙;将步骤(3)预烧后的料倒入研钵中,磨细,将预烧后的料与氧化钙放入球磨罐中并加入锆珠与无水乙醇,加入的预烧后的料与氧化钙:无水乙醇:锆珠的质量比为1:3:6,旋紧球磨罐的盖子,将球磨罐放入行星式球磨机中,在与第一次球磨相同的条件下进行第二次球磨,球磨结束后,取出样品将其烘干;(5)将烘干后的样品倒入研钵中,加入2倍质量的10%聚乙烯醇溶液,用研杵进行搅拌,同时,在搅拌的过程中不断的用红外灯进行烘烤,使料中的水分完全挥发掉,烘干后,将样品磨细,使其能够完全透过110目的标准检验筛完成造粒;(6)将造粒过后的陶瓷粉体于压片磨具中,将其放在粉末压片机上,以14MPa压力将陶瓷粉体压成直径约为10mm,厚度约为1mm的圆片;(7)将陶瓷圆片置于马弗炉中,在高温下进行排胶;所述排胶的升温程序为:经过5h升温到450℃,然后9h升温到700℃,保温7h,最后自然降至室温,取出料;(8)将排胶后的陶瓷圆片放入马弗炉中,缓慢升温至烧结温度1150℃,保温3-8h进行烧结,然后自然冷却到室温,取出陶瓷片,制成。实施例2一种高性能压电陶瓷材料,所述压电陶瓷材料为Bi0.5Na0.5TiO3掺杂Cs(ReO4)。上述高性能压电陶瓷材料的制备方法,按照如下步骤进行:(1)按照摩尔比准备原料物质A:Bi2O3:Na2CO3:Ti2O3:=1:1:2;(2)将原料物质A放入球磨罐中,按照原料物质A:酒精:锆珠=1:3:6的质量比加入酒精和锆珠,旋紧球磨罐的盖子,将球磨罐放入行星式球磨机中,在运转程序为50Hz的条件下行星球磨7h;(3)取出球磨后的原料,分离锆珠,然后将料放入真空烘箱中烘干,烘干的温度为100℃,再将烘干后的料放入坩埚中,用研杵将其压紧,最后将料放入马弗炉中,在空气气氛中820℃条件下反应10h,预烧初步合成陶瓷粉体;(4)按照原料物质A:Cs(ReO4)重量比1:0.1的比例准备Cs(ReO4);将步骤(3)预烧后的料倒入研钵中,磨细,将料与Cs(ReO4)放入球磨罐中并加入锆珠与无水乙醇,加入的料与Cs(ReO4):无水乙醇:锆珠的质量比为1:3:6,旋紧球磨罐的盖子,将球磨罐放入行星式球磨机中,在与第一次球磨相同的条件下进行第二次球磨,球磨结束后,取出料将其烘干;(5)将烘干后的料倒入研钵中,加入3倍质量的10%聚乙烯醇溶液,用研杵进行搅拌,同时,在搅拌的过程中不断的用红外灯进行烘烤,使料中的水分完全挥发掉,烘干后,将料磨细,使其能够完全透过9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能压电陶瓷材料,其特征在于,所述压电陶瓷材料为Bi0.5Na0.5TiO3掺杂氧化钙,Cs(Re O4)或碳酸锶。

【技术特征摘要】
1.一种高性能压电陶瓷材料,其特征在于,所述压电陶瓷材料为Bi0.5Na0.5TiO3掺杂氧化钙,Cs(ReO4)或碳酸锶。2.权利要求1所述高性能压电陶瓷材料的制备方法,其特征在于,按照如下步骤进行:(1)按照摩尔比准备原料物质A:Bi2O3:Na2CO3:Ti2O3:=1:1:2;(2)将原料物质A放入球磨罐中,按照原料物质A:酒精:锆珠=1:3:6的质量比加入酒精和锆珠,旋紧球磨罐的盖子,将球磨罐放入行星式球磨机中,在运转程序为50Hz的条件下行星球磨6-10h;(3)取出球磨后的原料,分离锆珠,然后将料放入真空烘箱中烘干,再将烘干后的料放入坩埚中,用研杵将其压紧,最后将料放入马弗炉中,在空气气氛中800-900℃条件下反应6-10h,预烧初步合成陶瓷粉体;(4)按照原料物质A:原料物质B重量比1:(0.1-0.3)的比例准备原料物质B;将步骤(3)预烧后的料倒入研钵中,磨细,将料与原料物质B放入球磨罐中并加入锆珠与无水乙醇,旋紧球磨罐的盖子,将球磨罐放入行星式球磨机中,在与第一次球磨相同的条件下进行第二次球磨,球磨结束后,取出料将其烘干;(5)将烘干后的料倒入研钵中,加入1-3倍质量的10%聚乙烯醇溶液,用研杵进行搅拌,同时,在搅拌的过程中不断的用红外灯进行烘烤,使料中的水分完全挥发掉,烘干后,将料磨细,使其能够完全透过...

【专利技术属性】
技术研发人员:李银峰林豪杰李晓燕李霞李山鹰王李鹏刘向云苏箐王宁
申请(专利权)人:河南城建学院陕西声科电子科技有限公司
类型:发明
国别省市:河南,41

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