一种低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法技术

本发明专利技术公布了一种低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法，在对NBT压电陶瓷进行烧结的同时，向其陶瓷坯体两端施加电场。在电场作用下，陶瓷在低温下可以实现快速致密化；解决了NBT在传统烧结过程中由于高温长时间烧结所导致的Bi元素挥发和高能耗的问题。本发明专利技术所制备的NBT压电陶瓷致密度高，具有应用前景。

A Method of Fast Sintering NBT Piezoelectric Ceramics at Low Temperature

The invention discloses a method for fast sintering NBT piezoelectric ceramics at low temperature. While sintering NBT piezoelectric ceramics, an electric field is applied to both ends of the ceramic body. Under the action of electric field, ceramics can be densified rapidly at low temperature, which solves the problem of volatilization of Bi element and high energy consumption caused by high temperature and long time sintering of NBT in traditional sintering process. The NBT piezoelectric ceramics prepared by the invention have high density and application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法
本专利技术所属领域为电子功能陶瓷制备工艺
，具体涉及一种低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法。
技术介绍
钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3简称NBT)是一类重要的A位复合的无铅钙钛矿压电陶瓷，具有压电性能强、易掺杂，稳定性好等优点。由于其优异的压电、铁电、介电等电学特性，可以广泛的应用于电子、航天等高
，用于制备传感器、换能器、铁电存储器、电介质电容器等电子元器件，是一种发展前景广阔的电子功能陶瓷材料。通常情况下，NBT压电陶瓷烧结温度在1100℃以上，烧结时间约为2h。在高温及长时间的烧结条件下，Bi2O3容易挥发，使得NBT压电陶瓷的化学计量比发生偏差，导致压电性能恶化。为了减少高温下Bi2O3的挥发，通常向初始NBT坯体中加入过量的Bi2O3。然而这种方法难以精确的控制NBT陶瓷中Bi的含量，从而使得产品中Bi含量不确定，导致性能不稳定。另外，通过在NBT粉体中加入低熔点氧化物，通过液相辅助烧结降低NBT陶瓷的烧结温度。然而，在烧结过程中往往会出现杂相，或者异常晶粒的生长，导致NBT压电陶瓷性能降低。
技术实现思路
对于现有烧结方式的缺陷，本专利技术提出了一种低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法，该方法工艺简单，具有应用价值。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：步骤1：将NBT陶瓷生坯加热到临界温度；所述临界温度为在施加相应电场强度下恰好出现快速烧结的温度；步骤2：对陶瓷胚体施加一个临界电场形成一个极限电流，并且持续时间t(20s≤t≤40s)，在时间t内完成陶瓷的烧结；所述临界电场是陶瓷能够发生快速烧结的电场强度；所述极限电流是指陶瓷生坯可以完全致密化的电流；所述的电场强度为120~160V/cm。所述的温度包括从室温开始升温，直到温度达到800~1000℃，保温时间为20s~40s，升温速率为5~15℃/min。所述低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法，是将NBT陶瓷生坯置于烧结炉中，通过铂丝将NBT压电陶瓷胚体和高压电源连接形成通路，以施加电场。所述的极限电流密度为20~50mA/mm2。本专利技术提供的制备NBT压电陶瓷的方法，具有以下优点：通过外加电场的施加，可以在低温条件下快速烧结制备出致密的NBT压电陶瓷；通过控制加电场的时间，可以控制NBT陶瓷的致密度；通过调整极限电流，能够控制所得到不同晶粒尺寸的NBT压电陶瓷，该方法简单，具有广阔应用前景。附图说明图1为该专利技术的装置示意图；图2为实施例中施加不同电场电流密度随炉温的变化曲线；图3为实施例中功率耗散随时间变化曲线。具体实施方式本专利技术制备NBT压电陶瓷的方法是将陶瓷坯体置于烧结炉内，通过铂丝将陶瓷坯体和高压电源连接起来并施加电场，然后在特定的烧结温度，电场强度及极限电流密度下进行烧结，从而制备出致密NBT压电陶瓷。具体的，本专利技术的一种低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法，包括以下步骤：1）将NBT陶瓷坯体置于烧结炉内，并用铂丝将陶瓷坯体和高压电源连接起来；2）将炉子从室温开始升温，直到炉温达到800~1000℃，保温时间为20s~40s,升温速率为1~20℃/min；3）在烧结过程中，通过高压电源向NBT陶瓷坯体提供电场，电场大小为120~160V/cm；并设置通过NBT陶瓷坯体中的极限电流密度为20~50mA/mm2；4）样品在极限电流下保持一段时间，关闭电源，炉子1~10℃/min降至室温。本专利技术通过外加电场的作用促进了NBT压电陶瓷的烧结致密化过程，实现了低温（≤900℃）快速（≤5min）制备NBT压电陶瓷，克服了传统烧结方式的缺陷和不足，该制备方法简单，有广阔应用前景。下面结合具体实施例和说明书附图对本专利技术进一步说明。实施例一：采用成型技术将NBT陶瓷粉体压制成狗骨状坯体，随后在200MPa的冷等静压下保压180s。将NBT陶瓷坯体置于烧结炉内，通过铂丝将坯体和直流高压电源连接起来，如图1所示。设置电场为120V/cm，极限电流密度为30mA/mm2，然后将烧结炉从室温开始升温850℃，升温速率为10℃/min，电源从恒压模式转变为恒流模式，保持30s后，关闭电源，炉子1~10℃/min降至室温，取出样品。实施例二：采用成型技术将NBT陶瓷粉体压制成狗骨状坯体，随后在200MPa的冷等静压下保压180s。将NBT陶瓷坯体置于烧结炉内，通过铂丝将坯体和直流高压电源连接起来，如图1所示。设置电场为140V/cm，极限电流密度为30mA/mm2，然后将烧结炉从室温开始升温910℃，升温速率为10℃/min，电源从恒压模式转变为恒流模式，保持30s后，关闭电源，炉子1~10℃/min降至室温，取出样品。实施例三：采用成型技术将NBT陶瓷粉体压制成狗骨状坯体，随后在200MPa的冷等静压下保压180s。将NBT陶瓷坯体置于烧结炉内，通过铂丝将坯体和直流高压电源连接起来，如图1所示。设置电场为160V/cm，极限电流密度为30mA/mm2，然后将烧结炉从室温开始升温到960，升温速率为10℃/min，电源从恒压模式转变为恒流模式，保持30s后，关闭电源，炉子1~10℃/min降至室温，取出样品。图2为不同电场（120V/cm、140V/cm、160V/cm）电流密度随炉温的变化曲线，从图中可以看出，随着电场的增加陶瓷对应的快速烧结温度明显下降，说明电场辅助的烧结方式有效降低了陶瓷的烧结温度。图3为施加不同电场样品内功率耗散随时间变化曲线，从图中可以看出伴随着时间的推移，有一个明显的尖锐的功率密度峰，说明样品在这一时刻发生了快速烧结现象。表为电场辅助烧结工艺与传统烧结工艺（NaCO3、Bi2O3、TiO2按化学计量式Na0.5Bi0.5TiO3，1100℃烧结2h）所获得样品的压电系数d33对比。从表一中看出电场辅助烧结所制备的样品，有较高的压电系数，有利于提高陶瓷压电性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法，其特征在于，包括如下步骤：在对NBT压电陶瓷进行烧结的同时，向其陶瓷坯体两端施加电场，使得陶瓷在低温下可以实现快速致密化。

【技术特征摘要】
1.一种低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法，其特征在于，包括如下步骤：在对NBT压电陶瓷进行烧结的同时，向其陶瓷坯体两端施加电场，使得陶瓷在低温下可以实现快速致密化。2.根据权利要求1所述的一种低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法，其特征在于，所述的电场强度为120~160V/cm。3.根据权利要求1所述的一种低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法，其特征在于，所述烧结温度为800~1000℃，保温时间为20~40s，升温速率为5~15℃/min。4.根据权利要求书1所述的一种低温快速烧结...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲永平，史瑞科，郭旭，李经纬，杨梦蝶，王雯，师裕，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61