兼具低场与高场压电性能的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兼具低场与高场压电性能的无铅压电陶瓷及其制备方法，所述无铅压电陶瓷是以(Bi0.5Na0.5)TiO3、BaTiO3、Bi2CoMnO6、WO3和MgO为原料，按照化学组成通式(1‑y)(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06Ti1‑

Lead-free piezoelectric ceramics with low-field and high-field piezoelectric properties and their preparation methods

The invention discloses a lead-free piezoelectric ceramics with low and high field piezoelectric properties and a preparation method thereof. The lead-free piezoelectric ceramics are made of (Bi0.5Na0.5) titanium dioxide, BaTiO3, Bi2CoMnO6, WO3 and MgO as raw materials, and according to the general formula of chemical composition (1 y) (Bi0.5Na0.5) 0.94Ba0.06Ti1.

【技术实现步骤摘要】
兼具低场与高场压电性能的无铅压电陶瓷及其制备方法
本专利技术属于无机非金属材料领域，具体涉及一种兼具低场与高场压电性能的无铅压电陶瓷及其制备方法。
技术介绍
压电陶瓷是实现机械能与电能相互转换的重要功能材料，当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生电荷。利用这一原理，当给压电陶瓷和一个金属片构成的振动器施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反，当施加超声振动时，就会产生一个电信号，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。目前，压电器件已成功地应用在精密定位、精密加工、智能结构、生物工程、航空航天、电子通讯、汽车工业、机器人关节、医疗器械等众多
对压电陶瓷来说，其压电性能有小信号和大信号两种情况。小信号压电性能是采用准静态压电常数测试仪测试获得(即d33值)，是一种低场交流小信号测试模式，而大信号压电性能是测试高电场下的应变以及算出等效压电系数d33*。一般情况下，压电陶瓷分开追求小信号和大信号压电性能，不仅希望小信号的压电性能要高，而且大信号的压电性能的实现要尽可能施加低的高电场。同时，也希望在一种材料中可以实现小信号和大信号压电性能。但目前无铅压电陶瓷难以兼顾低场和高场压电性能的问题。迄今为止，对于同时具备低场和高场压电性能的无铅陶瓷材料及其制备方法还少有报道。
技术实现思路
本专利技术提供的是一种同时具备低场和高场压电性能的无铅压电陶瓷，这种压电陶瓷在低场和高场时的压电性能可以得到很好的兼顾，而且生产成本低、实用性好。该压电陶瓷的低场压电常数d33最高可达200pC/N以上，高场应变S最高可达0.40%以上，等效压电系数d33*最高可达800pm/V以上。本专利技术所提供的无铅压电陶瓷，其化学组成通式为：(1-y)(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06Ti1-x(W0.5Mg0.5)xO3-yBi2CoMnO6，其中x、y表示摩尔分数，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.05。本专利技术还提供了所述无铅压电陶瓷的制备方法，所述方法是以(Bi0.5Na0.5)TiO3、BaTiO3、Bi2CoMnO6、WO3和MgO为原料，辅以目前成熟工艺。另外，本专利技术还提供了优选的工艺流程和参数，以此可以获得最佳产品性能。所提供的优选制备方法包括如下步骤：（1）以(Bi0.5Na0.5)TiO3、BaTiO3、Bi2CoMnO6、WO3和MgO为原料，按照前述的化学组成通式配料，以无水乙醇为介质进行球磨，干燥后于800-900℃煅烧合成预烧粉末；（2）将获得的预烧粉末加入纯水进行造粒，优选控制水分含量为6%；（3）造粒后的粉体直接用冷等静压成型，优选生坯密度在57%以上；（4）在1100℃-1200℃进行烧结，保温时间为2-6小时；优选烧结温度是1150℃。具体实施方式本专利技术给出以下几个具体实施例，用以详细说明本专利技术的技术方案。实施例1：（1）按照化学式(1-y)(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06Ti1-x(W0.5Mg0.5)xO3-yBi2CoMnO6进行配料，其中x=0.01，y=0.01，原料为(Bi0.5Na0.5)TiO3、BaTiO3、Bi2CoMnO6、WO3、MgO，以无水乙醇为介质球磨24小时，干燥后于800℃预烧2小时合成粉末。（2）将获得的粉末加入纯水进行造粒，控制水分含量为6%。（3）造粒粉体用150MPa冷等静压成型，生坯密度为57%。（4）室温开始加热升温，在1000℃烧结，保温时间为2小时。（5）陶瓷加工成两面光滑、厚度约0.5mm的薄片，两面烧制获得银电极，然后测试低场、高场压电性能，高场测试电压为60kV/cm，性能测试结果如表1所示。实施例2：（1）按照化学式(1-y)(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06Ti1-x(W0.5Mg0.5)xO3-yBi2CoMnO6进行配料，其中x=0.05，y=0.05；原料为(Bi0.5Na0.5)TiO3、BaTiO3、Bi2CoMnO6、WO3、MgO，以无水乙醇为介质球磨24小时，干燥后于900℃预烧2小时合成粉末。（2）将获得的粉末加入纯水进行造粒，控制水分含量为6%。（3）造粒粉体用200MPa冷等静压成型，生坯密度为61%。（4）室温开始加热升温，在1200℃烧结，保温时间为2小时。（5）陶瓷加工成两面光滑、厚度约0.5mm的薄片，两面烧制获得银电极，然后测试低场、高场压电性能，高场测试电压为60kV/cm，性能测试结果如表1所示。实施例3：（1）按照化学式(1-y)(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06Ti1-x(W0.5Mg0.5)xO3-yBi2CoMnO6进行配料，其中x=0.05，y=0.05；原料为(Bi0.5Na0.5)TiO3、BaTiO3、Bi2CoMnO6、WO3、MgO，以无水乙醇为介质球磨24小时，干燥后于900℃预烧2小时合成粉末。（2）将获得的粉末加入纯水进行造粒，控制水分含量为6%。（3）造粒粉体用200MPa冷等静压成型，生坯密度为61%。（4）室温开始加热升温，在1200℃烧结，保温时间为6小时。（5）陶瓷加工成两面光滑、厚度约0.5mm的薄片，两面烧制获得银电极，然后测试低场、高场压电性能，高场测试电压为60kV/cm，性能测试结果如表1所示。实施例4：（1）按照化学式(1-y)(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06Ti1-x(W0.5Mg0.5)xO3-yBi2CoMnO6进行配料，其中x=0.03，y=0.03，原料为(Bi0.5Na0.5)TiO3、BaTiO3、Bi2CoMnO6、WO3、MgO，以无水乙醇为介质球磨24小时，干燥后于880℃预烧2小时合成粉末。（2）将获得的粉末加入纯水进行造粒，控制水分含量为6%。（3）造粒粉体用200MPa冷等静压成型，生坯密度为61%。（4）室温开始加热升温，在1150℃烧结，保温时间为4小时。（5）陶瓷加工成两面光滑、厚度约0.5mm的薄片，两面烧制获得银电极，然后测试低场、高场压电性能，高场测试电压为60kV/cm，性能测试结果如表1所示。实施例5：（1）按照化学式(1-y)(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06Ti1-x(W0.5Mg0.5)xO3-yBi2CoMnO6进行配料，其中x=0.04，y=0.01，原料为(Bi0.5Na0.5)TiO3、BaTiO3、Bi2CoMnO6、WO3、MgO，以无水乙醇为介质球磨24小时，干燥后于880℃预烧2小时合成粉末。（2）将获得的粉末加入纯水进行造粒，控制水分含量为6%。（3）造粒粉体用200MPa冷等静压成型，生坯密度为61%。（4）室温开始加热升温，在1150℃烧结，保温时间为4小时。（5）陶瓷加工成两面光滑、厚度约0.5mm的薄片，两面烧制获得银电极，然后测试低场、高场压电性能，高场测试电压为60kV/cm，性能测试结果如表1所示。实施例6：（1）按照化学式(1-y)(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06Ti1-x(W0.5Mg0.5)xO3-yBi2CoMnO6进行配料，其中x=0.02，y=0.04，原料为(Bi0.5Na0.5)TiO3、BaTiO3、Bi2CoMnO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼具低场与高场压电性能的无铅压电陶瓷，其特征在于：所述无铅压电陶瓷的组成通式为：(1‑

【技术特征摘要】
1.一种兼具低场与高场压电性能的无铅压电陶瓷，其特征在于：所述无铅压电陶瓷的组成通式为：(1-y)(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06Ti1-x(W0.5Mg0.5)xO3-yBi2CoMnO6，其中x、y表示摩尔分数，0.01≤x≤0.05，0.01≤y≤0.05。2.一种兼具低场与高场压电性能的无铅压电陶瓷制备方法，所述方法包括如下步骤：（1）以(Bi0.5Na0.5)TiO3、BaTi...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玲，许积文，窦闰镨，周昌荣，王华，袁昌来，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45