锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法。该锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷以下列通式I表示：(1‑x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3‑xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3(I)其中，x为K2.9Li1.95Nb5.15O15.3所占化合物(1‑x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3‑xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3的摩尔百分数，0.001≤x≤0.005。本发明专利技术所述锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷压电性能和居里温度同时得到了提高，具备实用价值。

Barium-calcium zirconate titanate-based lead-free piezoelectric ceramics and their preparation methods

The invention discloses a barium calcium zirconate titanate based lead-free piezoelectric ceramic and a preparation method thereof. BaBa0.85Ca0.15Zr0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.1Ti0.9Ti0 Ti0.9O 3 xK2.9Li1.9Li1.95Nb5.95Nb5.15O15.15.15.3 (I) of which X is K2.9Li1.95Li1.95Nb5.15O15.3 CompoCompoCompoCompocompound (1 820x) Ba0.85Ca0.850.15Zr0.1Ti0.1Ti0.99Ti0.999OOOO9 9 9 9 9 NiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNi0.1Ti0.1Ti0.9Ti0.9999999Ti0 8209xK2 0.005. The piezoelectric performance and Curie temperature of the lead-free piezoelectric ceramics based on barium titanate and calcium zirconate have been improved simultaneously, which has practical value.

【技术实现步骤摘要】
锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及压电陶瓷
，更具体地，涉及一种锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法。
技术介绍
压电陶瓷能够实现电能和机械能之间的相互转换，已被广泛地应用于传感器、驱动器、换能器、频率控制器件以及电声器件等中。锆钛酸铅基压电陶瓷由于具有优异的压电性能，成为各种电子元件的首选压电材料。在锆钛酸铅基压电陶瓷中，铅的质量分数超过60％，而铅及其化合物均具有剧毒，严重威胁环境以及人体健康。随着人们环保意识的逐渐增强，压电陶瓷的无铅化已经成为必然趋势。目前，锆钛酸钡钙陶瓷是压电性能最高的无铅体系，但是这类压电陶瓷的居里温度较低，通常在73-93℃之间。而对压电器件而言，压电陶瓷的使用温度必须低于居里温度的一半，否者将会发生明显的退极化现象，影响压电器件的性能。如何在保持压电性能不变或增加的情况下，适当提高锆钛酸钡钙陶瓷的居里温度，是促进其实用化所面临的一个问题。因此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷的新技术方案。根据本专利技术的第一方面，提供了一种锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷。该陶瓷以下列通式I表示：(1-x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3(I)其中，x为K2.9Li1.95Nb5.15O15.3所占化合物(1-x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3的摩尔百分数，0.001≤x≤0.005。可选地，所述无铅压电陶瓷为四方-正交两相共存结构。可选地，K2.9Li1.95Nb5.15O15.3具有钨青铜结构。根据本公开的另一个实施例，提供了一种锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷的制备方法。该方法包括：S1、配料：以BaCO3、CaCO3、ZrO2、TiO2、K2CO3、Li2CO3以及Nb2O5为原料，各原料根据通式(1-x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3进行配料。其中，x为K2.9Li1.95Nb5.15O15.3所占化合物(1-x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3的摩尔百分数，0.001≤x≤0.005。S2、制备：第一次粉末化处理：向配置好的上述原料中加入无水乙醇，以进行第一次粉末化处理，并混合均匀；第一次预烧：将混合均匀的原料加热到第一温度，以进行固相反应；第二次粉末化处理：向第一次预烧后原料中加入去离子水，以进行第二次粉末化处理，并制备成粉末态；第二次预烧；将制备成粉末态的原料加热到第二温度，以生成钙钛矿结构；第三次粉末化处理：向第二次预烧后的原料中加入去离子水，以进行第三次粉末化处理，并制备成粉末态；压制：将第三次粉末化处理后的原料压制成设定形状的粗坯；烧结：将所述粗坯放置到加热装置中，在第三温度下进行烧结，以获得致密的陶瓷元件；S3、极化：将陶瓷元件进行极化，以得到无铅压电陶瓷器件。可选地，在所述第一次预烧中，所述第一温度为1120-1220℃，保温时间为4-6小时。可选地，在所述第二次预烧中，所述第二温度为1140-1240℃，保温时间为3-5小时。可选地，所述第一次粉末化处理、所述第二次粉末化处理和所述第三次粉末化处理均采用球磨，并且球磨时间为22-26小时。可选地，所述第三温度为1380-1480℃，保温时间为4-7小时。可选地，在极化之前，对所述无铅压电陶瓷元件的相背的两面进行被银和烧银，以形成银层，其中，所述烧银的温度为400-600℃，保温时间为20-40分钟，所述银层作为电极层。根据本公开的一个实施例，该锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷具有优异的压电性能，而其逆压电效应具有良好的温度稳定性。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。图1是根据本专利技术的一个实施例的锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷的制备方法的流程图。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。根据本公开的一个实施例，提供了一种锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷。该无铅压电陶瓷以下列通式I表示：(1-x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3(I)其中，x为K2.9Li1.95Nb5.15O15.3占化合物(1-x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3的摩尔百分数。其中，0.001≤x≤0.005。例如，x＝0.003，即K2.9Li1.95Nb5.15O15.3所占化合物(1-x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3的摩尔百分数为0.03％。本公开实施例中，所述无铅压电陶瓷为四方-正交两相共存结构，尤其在常温下。在多相共存的结构中压电性能优异。该Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3材料属于钙钛矿结构，居里温度约在90℃。K2.9Li1.95Nb5.15O15.3属于钨青铜结构。该结构具有居里温度高的特点。例如，居里温度高达492℃。通过构建(1-x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3的固溶体，在合适的组分范围内，该无铅压电陶瓷的居里温度可以得到明显的提高。另外，K2.9Li1.95Nb5.15O15.3的引入可以使得Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3的四方-正交相变温度向低温方向移动，从而优化室温下的相组成比例，达到改善压电性能的目的。根据本公开的另一个实施例，提供了一种锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷的制备方法。该方法能够制备成上述无铅压电陶瓷。该制备方法包括以下步骤：S1、配料：以BaCO3、CaCO3、ZrO2、TiO2、K2CO3、Li2CO3以及Nb2O5为原料，各原料根据通式(1-x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3进行配料，其中，x为K2.9Li1.95Nb5.15O15.3所占化合物(1-x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3的摩尔百分数，0.001≤x≤0.005本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷，以下列通式I表示：(1‑x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3‑xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3        (I)其中，x为K2.9Li1.95Nb5.15O15.3所占化合物(1‑x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3‑xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3的摩尔百分数，0.001≤x≤0.005。

【技术特征摘要】
1.一种锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷，以下列通式I表示：(1-x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3(I)其中，x为K2.9Li1.95Nb5.15O15.3所占化合物(1-x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3的摩尔百分数，0.001≤x≤0.005。2.根据权利要求1所述的无铅压电陶瓷，其中，所述无铅压电陶瓷为四方-正交两相共存结构。3.根据权利要求1所述的无铅压电陶瓷，其中，K2.9Li1.95Nb5.15O15.3具有钨青铜结构。4.一种锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷的制备方法，其中，具体包括以下步骤：S1、配料：以BaCO3、CaCO3、ZrO2、TiO2、K2CO3、Li2CO3以及Nb2O5为原料，各原料根据通式(1-x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3进行配料，其中，x为K2.9Li1.95Nb5.15O15.3所占化合物(1-x)Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3-xK2.9Li1.95Nb5.15O15.3的摩尔百分数，0.001≤x≤0.005；S2、制备：第一次粉末化处理：向配置好的上述原料中加入无水乙醇，以进行第一次粉末化处理，并混合均匀；第一次...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵小波，俞胜平，篙洪伟，
申请(专利权)人：歌尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37