一种固溶改性钛酸铋钠系无铅压电陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种固溶改性钛酸铋钠系无铅压电陶瓷及其制备方法，以化学组成通式(1-x)(0.74Na0.5Bi0.5TiO3-0.26SrTiO3)-xBa(Zr0.05Ti0.95)O3或(1-y)(0.9Na0.5Bi0.5TiO3-0.1CaTiO3)-yBa(Zr0.05Ti0.95)O3表示，其中0.04≤x≤0.1，0.04≤y≤0.1，本发明专利技术在准同型相界的0.74Na0.5Bi0.5TiO3-0.26SrTiO3、0.9Na0.5Bi0.5TiO3-0.1CaTiO3体系中固溶Ba(Zr0.05Ti0.95)O3，通过两步成型法与自承重加压烧结工艺获得高致密度微晶结构陶瓷，晶粒尺寸分布均匀，利用准同型相界组成特征与固溶改性方法优化材料的压电性能，压电常数d33可以达到110～138PC/N，材料的机电耦合系数也明显提高，材料制备工艺简单、稳定，是制造用于气体传感器及工业无损探伤等领域的小功率超声器和换能器的优选材料。

Solid solution modified bismuth titanate sodium lead free piezoelectric ceramic and preparation method thereof

The invention provides a modified solid solution of sodium bismuth titanate lead-free piezoelectric ceramics and its preparation method, composition of chemical formula (1-x) (0.74Na0.5Bi0.5TiO3-0.26SrTiO3) -xBa (Zr0.05Ti0.95) or O3 (1-y) (0.9Na0.5Bi0.5TiO3-0.1CaTiO3) -yBa (Zr0.05Ti0.95) O3, and 0.04 = x = 0.1, y = 0.04 ~ 0.1. The present invention in the morphotropic phase boundary of 0.74Na0.5Bi0.5TiO3-0.26SrTiO3 and 0.9Na0.5Bi0.5TiO3-0.1CaTiO3 in the system of solid solution Ba (Zr0.05Ti0.95) O3, the two step forming method and self bearing pressure sintering process to obtain high density ceramic crystal structure, grain size distribution, using MPB composition and solid solution modification method of optimal material the piezoelectric properties of piezoelectric constant d33 can reach 110 ~ 138PC/N, the electromechanical coupling coefficient of the material was obviously improved, the material preparation process is simple and stable, is made in gas sensing The preferred materials for small power ultrasonic transducers and transducers in fields such as apparatus and industrial nondestructive testing.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能陶瓷领域，具体涉及小功率超声器和换能器用固溶改性钛酸铋钠系无铅压电陶瓷及其制备方法。
技术介绍
压电陶瓷作为功能材料的重要一类，广泛应用在医疗、通信、国防、交通、航空及人们日常生活的各个领域。但是，在压电陶瓷领域，占主导地位的锆钛酸铅(PZT)由于其成分中含有毒的氧化铅(或四氧化三铅)，约占原料总量的70%左右，造成了巨大的环境污染。因此具有实用化前景的环境友好无铅压电陶瓷已成为国内外关注的热点材料之一。目前无铅压电陶瓷体系主要有钛酸钡基无铅压电陶瓷、碱金属铌酸盐系无铅压电陶瓷、钨青铜结构无铅压电陶瓷、铋层状结构无铅压电陶瓷和钛酸铋钠基无铅压电陶瓷等类型。其中钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5)TiO3(简写NBT)陶瓷具有机电耦合系数各向异性较大、居里温度较高、相对介电常数较小、声学性能好等优良特征，被视为目前最有希望替代传统含铅压电材料的候选材料之一。但传统电子陶瓷工艺制备该材料难以获得致密微晶结构，矫顽场高，难以极化，其性能难以实用化。国内外众本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固溶改性钛酸铋钠系无铅压电陶瓷，其特征在于：该无铅压电陶瓷为具有如式1或式2所示组成通式的陶瓷：(1‑x)(0.74Na0.5Bi0.5TiO3‑0.26SrTiO3)‑xBa(Zr0.05Ti0.95)O3   式1或(1‑y)(0.9Na0.5Bi0.5TiO3‑0.1CaTiO3)‑yBa(Zr0.05Ti0.95)O3   式2，其中0.04≤x≤0.1，0.04≤y≤0.1。

【技术特征摘要】
1.一种固溶改性钛酸铋钠系无铅压电陶瓷，其特征在于：该无铅压电陶瓷为
具有如式1或式2所示组成通式的陶瓷：
(1-x)(0.74Na0.5Bi0.5TiO3-0.26SrTiO3)-xBa(Zr0.05Ti0.95)O3式1
或
(1-y)(0.9Na0.5Bi0.5TiO3-0.1CaTiO3)-yBa(Zr0.05Ti0.95)O3式2
，其中0.04≤x≤0.1，0.04≤y≤0.1。
2.根据权利要求1所述一种固溶改性钛酸铋钠系无铅压电陶瓷，其特征在
于：x以及y的最佳组成范围分别是x=0.06～0.07，y=0.07～0.08。
3.一种制备如权利要求1所述固溶改性钛酸铋钠系无铅压电陶瓷的方法，其
特征在于：包括以下步骤：
1）配料混合：将原料按所述组成通式进行称料，然后将原料采用湿法球磨
进行混料得粉料A；
2）预合成：将粉料A干燥后置于马弗炉中以3-5℃/min的速度从室温升至
750-850℃，然后保温1-3小时，保温后随炉冷却得瓷粉；
3）细磨：将瓷粉采用湿法球磨进行细磨得粉料B；
4）成型：将粉料B烘干后造粒，然后采用两步成型压片得坯体；
5）将坯体进行排胶处理后置于高温炉中进行自承重加压烧结得陶瓷片。
4.根据权利要求3所述一种制备固溶改性钛酸铋钠系无铅压电陶瓷的方法，
其特征在于：所述原料为NaCO3、Bi2O3...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜慧玲，王瑾，史翔，徐志蓬，李艳霞，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61