一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及压电陶瓷材料的制备技术领域，具体地说，涉及一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法。所述陶瓷材料的分子结构为（1-x）（0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3）-xPbTiO3，其中x=0.55~0.75；所述陶瓷材料的制备方法是将BiMnZnO3植入BiScO3-PbTiO3中合成BiScO3-BiMnZnO3-PbTiO3陶瓷。本发明专利技术工艺简单，具有与现行的固相反应工艺良好的兼容性，便于工业生产；在制得的陶瓷材料中，Bi-O和Mn-O构成氧八面体，四方结构，具有高稳定性和高可靠性，其380℃高温退火后的压电常数达到200pC/N，400℃的阻率为6×108Ω·m。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压电陶瓷材料的制备
，具体地说，涉及一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法。
技术介绍
钙钛矿结构压电陶瓷BiScO3-PbTiO3（BSPT）具有较高的居里温度(Tc~450℃)，其应用温度可以到达200℃，其温度应用范围比商用广泛的PZT体系压电陶瓷高出100℃（PZT陶瓷的温度应用范围在100℃以下），并BSPT在其应用温度范围内能够保持较高的压电性能(d33~450pC/N)，该压电性能跟商用的PZT陶瓷相近。因此，BSPT陶瓷可以在石油勘探、火焰探测、汽车尾气检测等传感器和换能器方面有教为突出的应用潜质。目前，BSPT陶瓷在高温应用存在电阻率偏小的问题，这导致在高温输出信号的不稳定，电阻率作为陶瓷在电子元器件应用的一个重要参数应受到重点关注。特别是在高温条件下，压电陶瓷的电阻率对漏电和介电损耗影响明显，这也直接对高温状态下的陶瓷的稳定性产生影响。Zhang等（2005年，美国）采用固相法合成了锰掺杂BSPT陶瓷体系，研究了高温电阻、介电常数和压电行为，发现在450℃条件下该陶瓷体系的电阻率为7×107Ω·m（AppliedPhysicsLetters.2005,86:26290426.）。在公开号为CN201210193860的专利技术专利中，公开了一种钛酸铋基高居里温度压电陶瓷及其制备方法，该体系陶瓷居里温度高温于450℃，但是，其压电常数较小低于20pC/N，信号输出需要采用叠片封装，这造成传感器的体积增加。美国专利US-2008/0134795A1描述了一种铋层状CaBi2Ni2-xMxO9高温压电陶瓷的居里温度超过500℃，但是其压电系数d33小于10pC/N，而且其高温电阻率并没有涉及。正如以上所介绍，高温压电器件构成的核心部件是高温压电陶瓷，其稳定性很大程度依赖于陶瓷的电阻率。空位和缺陷是导致高温电阻率升高的主要因素。BSPT高温压电陶瓷有远优于铋层状陶瓷的压电性能，高的介电常数，易烧结，适用于高温、低频电子整机的应用。但是，该材料缺点是高温电阻率小，从而限制了其实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法，以解决上述的技术问题。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述陶瓷材料的分子结构为（1-x）（0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3）-xPbTiO3，其中x=0.55~0.75；所述陶瓷材料的制备方法是将BiMnZnO3植入BiScO3-PbTiO3中合成BiScO3-BiMnZnO3-PbTiO3陶瓷，具体包括如下步骤：1、以Bi2O3、ZnO、MnO2为原料，在900~1000℃条件下合成BiMnZnO3前驱体；2、以Bi2O3、Sc2O3、PbO为原料，在900~1000℃条件下合成BiScO3-PbTiO3前驱体；3、将BiMnZnO3前驱体与BiScO3-PbTiO3前驱体混合，以无水乙醇为介质充分球磨后，装入刚玉坩埚内进行预合成，再经成型，制得BiScO3-BiMnZnO3-PbTiO3陶瓷材料。有益效果：与现有技术相比，本专利技术工艺简单，具有与现行的固相反应工艺良好的兼容性，便于工业生产；在制得的陶瓷材料中，Bi-O和Mn-O构成氧八面体，四方结构，具有高稳定性和高可靠性，其380℃高温退火后的压电常数达到200pC/N，400℃的阻率为6×108Ω·m。附图说明图1是本专利技术所述陶瓷材料的陶瓷介电常数随温度的变化曲线；图2是本专利技术所述陶瓷材料的退火温度与压常数的变化曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1：本实施例所述的高电阻率的高温压电陶瓷材料，其分子式为(1-x)(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-xPbTiO3，其中，x=0.68，Bi2O3、Sc2O3、MnO2、ZnO为分析纯。制备方法是将BiMnZnO3植入BiScO3-PbTiO3中合成0.32(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-0.68PbTiO3陶瓷，具体包括如下步骤：1、制备BiMn0.5Zn0.6O3前驱体；以分析纯Bi2O3、MnO2、ZnO为原料，按照BiMn0.5Zn0.6O3的化学计量比配料，在无水乙醇介质中球磨8小时烘干，烘干温度为55℃，烘干时间为10小时，烘干后在920℃高温下预烧6小时获得BiMn0.5Zn0.6O3前驱体；2、制备BiScO3-PbTiO3前驱体，以分析纯Bi2O3、Sc2O3、TiO2、PbO为原料，按照0.32BiScO3-0.68PbTiO3的化学计量比配料，在950℃条件下合成BiScO3-PbTiO3前驱体；3、混料与成型：将BiMn0.5Zn0.6O3前驱体和0.32BiScO3-0.68PbTiO3前驱体按照化学计量比混合，以无水乙醇为介质充分球磨12小时，添加8%的PVB造粒，在20MPa的压强下压制成型为陶瓷坯体；4、烧结：对陶瓷坯体烧结，得到0.32(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-0.68PbTiO3陶瓷，烧结温度为1100℃，烧结时间为2小时。对所获得的0.32(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-0.68PbTiO3陶瓷打磨抛光被银后，采用高温银浆涂覆电极，在750℃烧银20分钟，老化24小时后，进行电学性能测试，测试结果参见表1。实施例2：本实施例所述的高电阻率的高温压电陶瓷材料，其分子式为(1-x)(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-xPbTiO3，其中，x=0.70，Bi2O3、Sc2O3、MnO2、ZnO为分析纯。制备方法是将BiMnZnO3植入BiScO3-PbTiO3中合成0.30(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-0.70PbTiO3陶瓷，具体包括如下步骤：1、制备BiMn0.5Zn0.6O3前驱体：以分析纯Bi2O3，MnO2，ZnO分析纯为原料，按照BiMn0.5Zn0.6O3的化学计量比配料，在无水乙醇介质中球磨8小时烘干，烘干温度为55℃，烘干时间为10小时，烘干后在920℃预烧6小时获得BiMn0.5Zn0.6O3前驱体；2、制备BiScO3-PbTiO3前驱体：以分析纯Bi2O3、Sc2O3、TiO2、PbO为原料，照0.30BiScO3-0.70PbTiO3的化学计量比配料在950℃条件下合成BiScO3-PbTiO3前驱体；3、混料与成型：将BiMn0.5Zn0.6O3前驱体和0.32BiScO3-0.68PbTiO3前驱体按照化学计量比混合，以无水乙醇为介质充分球磨球磨时间12小时，添加8%的PVB造粒，在20MPa的压强下压制成型为陶瓷坯体；4、烧结：对陶瓷坯体烧结，得到0.30(0.88BiScO3-0.12BiM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述陶瓷材料的分子结构为（1‑x）（0.88BiScO3‑0.12BiMn0.5Zn0.6O3）‑xPbTiO3，其中x=0.55~0.75；所述陶瓷材料的制备方法是将BiMnZnO3植入BiScO3‑PbTiO3中合成BiScO3‑BiMnZnO3‑PbTiO3陶瓷，具体包括如下步骤：（1）以Bi2O3、ZnO、MnO2为原料，在900~1000℃条件下合成BiMnZnO3前驱体；（2）以Bi2O3、Sc2O3、PbO为原料，在900~1000℃条件下合成BiScO3‑PbTiO3前驱体；（3）将BiMnZnO3前驱体与BiScO3‑PbTiO3前驱体混合，以无水乙醇为介质充分球磨后，装入刚玉坩埚内进行预合成，再经成型，制得BiScO3‑ BiMnZnO3‑PbTiO3陶瓷材料。

【技术特征摘要】
1.一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述陶瓷材料的分子结构为（1-x）（0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3）-xPbTiO3，其中x=0.55~0.75；所述陶瓷材料的制备方法是将BiMnZnO3植入BiScO3-PbTiO3中合成BiScO3-BiMnZnO3-PbTiO3陶瓷，具体包括如下步骤：
（1）以Bi2O3、ZnO、MnO2为原...

【专利技术属性】
技术研发人员：石维，冷森林，彭志航，黄帅，龙禹，王强，李勇，黄伟，
申请(专利权)人：铜仁学院，
类型：发明
国别省市：贵州;52