一种钛酸钡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钛酸钡基无铅压电陶瓷及其制备方法，以下列通式表示：(1‑x)Ba

A barium titanate based lead-free piezoelectric ceramic and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸钡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，涉及一种钛酸钡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，属于一类应用广泛的电子功能材料，现在广泛地应用于汽车、半导体工业、医疗以及电子消费品等领域。目前，锆钛酸铅基压电陶瓷由于具有优异的压电性能，占据了最大的市场份额。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，压电陶瓷无铅化已经成为必然趋势。现有陶瓷的居里温度较低，这在一定程度上限制了其大规模应用。因为对于压电陶瓷而言，使用温度一般低于居里温度的1/3-1/2，否者会发生退极化，压电性能降低，甚至消失。另外，锆钛酸铅基压电陶瓷有软性和硬性之分。软性陶瓷具有突出的压电性能，大信号压电系数d33*可以达到600pm/V及以上，更多的被应用于驱动器、马达以及扬声器等器件之中。而硬性陶瓷一般压电性能较低，小信号压电系数d33普遍在200—400pC/N之间，但是具有较低的损耗和优异的稳定性，在传感器和换能器中应用广泛。目前，无铅陶瓷压电性能基本与硬性锆钛酸铅基陶瓷相当，很少能够达到软性锆钛酸铅基陶瓷的水平，阻碍了无铅压电陶瓷的进一步推广和应用。因此，需要一种新的技术方案，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种钛酸钡基无铅压电陶瓷及其制备方法的新技术方案。根据本专利技术的第一方面，提供了一种钛酸钡基无铅压电陶瓷，以下列通式表示：(1-x)Ba0.95K0.025Ho0.025TiO3—xBaZr0.2Ti0.8O3(Ⅰ)；其中，x表示BaZr0.2Ti0.8O3所占化合物(1-x)Ba0.95K0.025Ho0.025TiO3—xBaZr0.2Ti0.8O3的摩尔百分比，0.2≤x≤0.8。可选地，0.35≤x≤0.65。可选地，所述无铅压电陶瓷为三方-四方共存结构。本专利技术的另一方面，提供了一种钛酸钡基无铅压电陶瓷的制备方法，包括：S1、配料：以BaCO3、K2CO3、Ho2O3、TiO2以及ZrO2为原料，根据通式(1-x)Ba0.95K0.025Ho0.025TiO3—xBaZr0.2Ti0.8O3进行配料；其中，x表示BaZr0.2Ti0.8O3所占化合物(1-x)Ba0.95K0.025Ho0.025TiO3—xBaZr0.2Ti0.8O3的摩尔百分比，0.2≤x≤0.8；S2、制备：第一次粉末化：配料后，将所有原料与去离子水混合，并制备成粉末；第一次预烧：将第一次粉末化制备的粉末烘干并加热至第一预烧温度，使各原料发生固相反应；第二次粉末化：将第一次预烧后的原料与去离子水混合，并制备成粉末；第二次预烧：将第二次粉末化制备的粉末烘干并加热至第二预烧温度，以得到纯钙钛矿结构；第三次粉末化：将第二次预烧后的原料与去离子水混合，并制备成粉末；压制：将第三次粉末化制备的粉末烘干，通过模具压制成设定形状的粗坯；冷等静压：将粗坯进行冷等静压处理，以提高至密度；S3、烧结：第一次烧结：将冷等静压处理后的原料加热至第一烧结温度后，进行保温，以使原料成核；第二次烧结：将成核后的原料降温至第二烧结温度，进行保温，待原料致密化后随炉冷却至室温，以获得陶瓷元件；S4、极化：将得到的陶瓷元件进行极化，以得到无铅压电陶瓷。可选地，所述第一预烧温度为1150℃～1300℃，在所述第一预烧温度下保温2h～4h。可选地，所述第二预烧温度为1200℃～1350℃，在所述第二预烧温度下保温2h～4h。可选地，所述第一次粉末化、所述第二次粉末化、所述第三次粉末化的处理方式均为球磨；其中，所述第一次粉末化、所述第二次粉末化、所述第三次粉末化至少一个的时间为22h～26h。可选地，所述第一烧结温度为1350℃～1450℃，保温时间为6h～8h；所述第二烧结温度为1310℃～1410℃，保温时间为6h～8h；所述第二烧结温度小于所述第一烧结温度。可选地，在所述极化之前，对得到的陶瓷元件进行被银；对被银后的陶瓷元件进行烧银；其中，烧银温度为400℃～600℃，保温20min～40min。可选地，在所述极化步骤中，温度为40℃～60℃，电压为2KV/mm～4KV/mm，极化时间为20min～40min。根据本公开的一个实施例，该钛酸钡基无铅压电陶瓷具有优异的压电性能和较高的居里温度。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是本公开的一个实施例的钛酸钡基无铅压电陶瓷制备方法的流程图。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，提供了一种钛酸钡基无铅压电陶瓷，以下列通式表示：(1-x)Ba0.95K0.025Ho0.025TiO3—xBaZr0.2Ti0.8O3(Ⅰ)；其中，x表示BaZr0.2Ti0.8O3所占化合物(1-x)Ba0.95K0.025Ho0.025TiO3—xBaZr0.2Ti0.8O3的摩尔百分比，0.2≤x≤0.8。例如，x＝0.5；即BaZr0.2Ti0.8O3所占化合物(1-x)Ba0.95K0.025Ho0.025TiO3—xBaZr0.2Ti0.8O3的摩尔百分比为0.5％。在本公开实施例中，无铅压电陶瓷为三方-四方共存结构。所述的无铅压电陶瓷不含有元素铅，避免了铅污染，减少了环境负担。在室温下，Ba0.95K0.025Ho0.025TiO3具有四方结构，与具有三方相结构的BaZr0:2Ti0:8O3形成固溶体。其中，通过调节(1-x)Ba0.95K0.025Ho0.025TiO3—xBaZr0.2Ti0.8O3中加入的BaZr0.2Ti0.8O3的摩尔百分比，有效提高压电性能。上述通式形成的B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛酸钡基无铅压电陶瓷，其特征在于，以下列通式表示：/n(1-x)Ba

【技术特征摘要】
1.一种钛酸钡基无铅压电陶瓷，其特征在于，以下列通式表示：
(1-x)Ba0.95K0.025Ho0.025TiO3—xBaZr0.2Ti0.8O3(Ⅰ)；其中，x表示BaZr0.2Ti0.8O3所占化合物(1-x)Ba0.95K0.025Ho0.025TiO3—xBaZr0.2Ti0.8O3的摩尔百分比，0.2≤x≤0.8。


2.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其特征在于，0.35≤x≤0.65。


3.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其特征在于，所述无铅压电陶瓷为三方-四方共存结构。


4.一种钛酸钡基无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：
S1、配料：以BaCO3、K2CO3、Ho2O3、TiO2以及ZrO2为原料，根据通式(1-x)Ba0.95K0.025Ho0.025TiO3—xBaZr0.2Ti0.8O3进行配料；其中，x表示BaZr0.2Ti0.8O3所占化合物(1-x)Ba0.95K0.025Ho0.025TiO3—xBaZr0.2Ti0.8O3的摩尔百分比，0.2≤x≤0.8；
S2、制备：
第一次粉末化：配料后，将所有原料与去离子水混合，并制备成粉末；
第一次预烧：将第一次粉末化制备的粉末烘干并加热至第一预烧温度，使各原料发生固相反应；
第二次粉末化：将第一次预烧后的原料与去离子水混合，并制备成粉末；
第二次预烧：将第二次粉末化制备的粉末烘干并加热至第二预烧温度，以得到纯钙钛矿结构；
第三次粉末化：将第二次预烧后的原料与去离子水混合，并制备成粉末；
压制：将第三次粉末化制备的粉末烘干，通过模具压制成设定形状的粗坯；
冷等静压：将粗坯进...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵小波，俞胜平，高洪伟，李凯，
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