本发明专利技术涉及一种钛镁酸铋-钛酸铅基高温压电材料及其制备方法，所述钛镁酸铋-钛酸铅基高温压电材料具有ABO3钙钛矿型复合氧化物结构，组成的化学式为(1-x)Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-xPbTiO3+yA2Oa+zB2Ob，其中0.50<x<1，元素A为ABO3中A位掺杂元素，元素B为ABO3中B位掺杂元素，0≦y≦5mol%，0≦z≦10mol%，且y+z≦10mol%。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于压电单晶生长
，具体涉及一种。
技术介绍
压电材料是一种非常重要的功能材料，它可以通过正、逆压电效应实现电能和机械能之间的相互转换。由于其独特的介电、压电、铁电、热释电等性能，在军事、航空航天、地质勘探、医疗、通讯等众多高尖
有着广泛的应用。随着电子技术和计算机控制的高速发展，在某些特殊领域中需要在高温恶劣环境中稳定工作的高精度驱动器、探测换能器和传感器等压电器件。而作为高温压电材料不仅需在较高的温度下，不发生结构相变，不发生高温退极化现象，更需要其具有压电与介电性能不随温度变化而产生大幅波动的高温稳定性。目前应用最为广泛的压电材料是PZT基材料，该体系中存在三方/四方相共存区即准同型相界区(MPB)。但其工作温度只能限制在居里温度(Tc)的一半左右，大约在150°C。近年来随着人们对压电换能器工作温度要求越来越高，高温压电材料的研究应用逐渐成为一个研究热点。例如，在油井下使用的超声波测井换能器就需要工作在200-300°C的温度环境中。传统的Pb(Zr，Ti)03(PZT)压电陶瓷在这一温度下已发生铁电一顺电相变，而不能正常工作。因此，研究居里温度高且压电性能优良的新型压电材料是21世纪材料科学家的重要任务之一。目前研究较多的具有高居里温度钙钛矿结构的压电材料主要有钪酸铋-钛酸铅(BS-PT)、锆锌酸铋-钛酸铅(BZZ-PT)、铁酸铋-钛酸铅(BF-PT)以及钛镁酸铋-钛酸铅(BMT-PT)等二元系固溶体材料。虽然钪酸铋-钛酸铅(BS-PT)具有较高的居里温度和压电性能，然而其原材料Sc203的价格昂贵，使得材料的性价比低，难以获得大规模的工业化应用；而锆锌酸铋-钛酸铅(BZZ-PT)居里温度虽能够达到600°C以上，然其压电性能太低，大大限制了它的使用；铁酸铋-钛酸铅(BF-PT)由于其漏电流较大，难以充分极化，使其压电性能太低而限制其应用。钛镁酸铋-钛酸铅(BMT-PT)具有较高的居里温度和较好的压电性能，且成本低，含铅量少，符合现代社会可持续发展的要求，具有很好的研究前景。遗憾的是现有文献中还未见有钛镁酸铋-钛酸铅(BMT-PT)高温压电单晶的性能和制备工艺的文献报道。钛镁酸铋-钛酸铅(BMT-PT)本身的钙钛矿结构稳定性差，这增大了钛镁酸铋-钛酸铅(BMT-PT)晶体的生长难度。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有钛镁酸铋-钛酸铅高温压电材料性能不佳且制备不易的缺陷，本专利技术提供了一种。本专利技术提供了一种钛镁酸铋-钛酸铅基高温压电材料，所述钛镁酸铋-钛酸铅基高温压电材料具有ΑΒ03钙钛矿型复合氧化物结构，组成的化学式为(l-x)Bi (Mg1/2Ti1/2)03_xPbTi03+yA20a+zB20b，其中 0.50〈x〈l，元素 A 为 ΑΒ03 中 A 位掺杂元素，选自 Li\ Na\ K\Ba2\ Sr2\ Ca2+、和La3+中的至少一种，元素B为AB03中B位掺杂元素，选自Zn2+、Ni2+、Mn2+、Sc3+、Fe3+、In3+、Ga3+、Co3+、Cr3\ Mn3+、Mn4+、Zr4\ Nb5+、Ta5+、Sb5+、V5+、和 ff6+ 中的至少一种，a为元素A的掺杂价态，b为元素B的掺杂价态,0 ^ y ^ 5mol %,0 ^ z ^ lOmol %,且y+z = lOmol %。较佳地，0.5 < X 刍 0.70。较佳地，所述钛镁酸铋-钛酸铅基高温压电材料的工作温度区间为室温一600°C，在工作温度区间内的介电常数40F/m — 180000F/m。又，本专利技术提供了一种上述钛镁酸铋-钛酸铅基高温压电材料的制备方法，所述方法包括: 1)依据所述钛镁酸铋-钛酸铅基高温压电材料的化学式中金属元素之间的摩尔比，称取金属氧化物粉末作为原料粉末，其中，Bi的氧化物为Bi203，Mg的氧化物为MgO，Ti的氧化物为Ti02, Pb的氧化物为PbO和/或Pb304 ； 2)称取为原料粉末质量20—90%的助熔剂，与原料粉末均匀混合，得到制备所述钛镁酸铋-钛酸铅基高温压电材料的起始料，其中助熔剂为氧化铅、四氧化三铅、氟化铅、氧化铋、氟化铋、氧化硼、氯化钠、氯化钾中的至少一种； 3)将步骤2)制备的起始料，依次经过保温处理和降温处理，得到所述钛镁酸铋-钛酸铅基高温压电材料的晶体毛坯，其中，保温处理的参数为:在1100-1300°C保温2-20小时；降温处理为，以0.5-200°C /小时的速度冷却至室温； 4)将步骤3)制备的晶体毛坯进行酸洗，即得所述钛镁酸铋-钛酸铅基高温压电材料。较佳地，步骤2)中，助熔剂为原料粉末质量20— 60%。较佳地，步骤3)中，先将所述起始料密封于的钼金坩埚中，再置于氧化铝坩埚内进行保温和降温处理，其中，所述钼金坩埚具有1层、2层或3层，每一层的厚度为0.1-0.2mm。较佳地，步骤3)中，保温处理过程中的升温方式为:先经2 —10小时升温至700-1000°C后，保温2-20小时(优选2_12小时)，再经2— 5小时升温至保温处理温度1100-1300°C (优选 1150-1300。。)，保温 2-20 小时(优选 2-12 小时)。较佳地，步骤3)中，所述保温处理和降温处理在马弗炉中进行，降温处理为:先以0.5-100°C /小时降温至950— 1050°C，再冷却至室温。较佳地，步骤3)中，所述保温处理和降温处理在晶体生长炉中进行，降温处理为:将经过第二次保温处理的起始料以0.1-1.2mm/小时的速度下降，经过晶体生长炉中的1100—13001:高温区与800— 1000°C低温区之间的长度为50—100_的温度梯度场，再冷却至室温。较佳地，步骤4)中，采用乙酸进行酸性。本专利技术的有益效果: 本专利技术采用高温溶液法制备了钛镁酸铋-钛酸铅(BMT-PT)基高温压电单晶，优点在于:1、晶体生长温度低，可获得纯钙钛矿相晶体；2、低温生长过程对生长仪器的要求低；3、将原料粉末装在坩埚中可以方便地密封；而且由于生长温度较低，原料的挥发较少，可以更好地控制所生长晶体的组分、防止组分偏离等。利用本专利技术的方法生长钛镁酸铋-钛酸铅(BMT-PT)基高温压电单晶为纯的钙钛矿结构，无杂相产生，且具有很高的居里温度(668°C )和较好的压电性能。【附图说明】图1示出了本专利技术的一个实施方式中制备的钛镁酸铋-钛酸铅(BMT-PT)高温压电单晶的粉末X射线衍射图； 图2示出了本专利技术的一个实施方式中钛镁酸铋-钛酸铅(BMT-PT)高温压电单晶晶片的介电常数随温度变化的介温曲线图。【具体实施方式】以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术公开了一种高居里温度钛镁酸铋-钛酸铅(BMT-PT)基压电材料及其高温溶液法生长方法，属于晶体生长领域。所述钛镁酸铋-钛酸铅基高温压电材料的化学式为(l-X)Bi(Mg1/2Ti1/2)03-XPbTi03，简写为(Ι-χ)ΒΜΤ-χΡΤ，其中 X 表示 PbTi03 组分的摩尔分数，0.500〈1，其结构为六803钙钛矿结构。其中，还可以在A位置掺入0?5mol%的Li+、Na\K\ Ba2+、Sr2+、Ca2+、La3+等本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钛镁酸铋‑钛酸铅基高温压电材料，其特征在于，所述钛镁酸铋‑钛酸铅基高温压电材料具有ABO3钙钛矿型复合氧化物结构，组成的化学式为(1‑x)Bi(Mg1/2Ti1/2)O3‑xPbTiO3+yA2Oa+zB2Ob，其中 0.50<x<1，元素A为ABO3中A位掺杂元素，选自Li+、Na+、K+、Ba2+、Sr2+、Ca2+、和La3+中的至少一种，元素B为ABO3中B位掺杂元素，选自Zn2+、Ni2+、Mn2+、Sc3+、Fe3+、In3+、Ga3+、Co3+、Cr3+、Mn3+、Mn4+、Zr4+、Nb5+、Ta5+、Sb5+、V5+、和W6+中的至少一种，a为元素A的掺杂价态，b为元素B的掺杂价态，0≦y≦5mol%，0≦z≦10mol%，且y+z≦10mol%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈夏夏，许桂生，刘锦峰，杨丹凤，刘莹，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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