一种新型四元系压电陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型四元系压电陶瓷及其制备方法，利用固相反应法制备了一种化学通式为(0.63

【技术实现步骤摘要】
一种新型四元系压电陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术属于压电传感器、换能器等压电器件的功能材料制备
，特别是涉及一种新型四元系压电陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]作为重要的功能材料，压电材料在国民经济的多个领域都发挥着重要应用。随着现代工业的快速发展，特别是新能源、交通和国防工业的高速发展，在一些极端环境下对压电陶瓷的服役性能提出了新的挑战。例如工业上使用的超声加工、超声焊接等大功率超声换能器，核反应堆中使用的高温超声波定位探测器，内燃机中使用的燃油喷压电阀等，必须选用具有高居里点的压电材料，这样才能保证压电器件可在较宽温度范围内正常工作，在航空航天领域，高温压电加速度传感器也发挥着重要作用。
[0003]高温压电材料是高温压电器件最核心的敏感元件。然而性能优良、居里温度高的压电陶瓷材料以目前的情况，还是比较少。这就使得长期以来，特种高温压电器件不得不使用生产工艺复杂、成本高的压电单晶材料。因此，开发具有优异性能的高居里温度压电陶瓷材料已成为当务之急。目前，世界各地科学家正在为寻找能适用于高温环境下的压电陶瓷做出不懈努力。

技术实现思路

[0004]为了克服上述问题，本专利技术提供了一种新型四元系压电陶瓷及其制备方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种新型四元系压电陶瓷，化学通式为：
[0007](0.63
‑
x)BiFeO3‑
0.32PbTiO3‑
0.05BaZrO3‑
xPb(Ni
1/3
Nb
2/3
)O3，Pb(Ni
1/3
Nb
2/3
)O3含量x＝0和0.12。
[0008]本专利技术还提供了一种新型四元系压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一：合成BF
‑
PT
‑
BZ
‑
PNN粉体：以分析纯的Bi2O3、Fe2O3、PbO、TiO2、BaCO3、ZrO2、Nb2O5和NiO为原料，按制备30g(0.63
‑
x)BF
‑
0.32PT
‑
0.05BZ
‑
xPNN所需化学计量比称取上述原料放入球磨罐中，加入24ml分析纯酒精和重量为60g、5mm直径大小的氧化锆小球进行球磨6h，将球磨后的浆料经过筛网滤出氧化锆小球，将浆料倒入陶瓷碗中，碗口覆盖铝箔，放入120℃烘箱中烘干，过120目网筛后放入坩埚中进行高温煅烧合成BF
‑
PT
‑
BZ
‑
PNN粉体，煅烧完成后，将合成粉料研细，放入球磨罐中，进行第二次球磨，再进行上述相同的第二次煅烧和第三次球磨过程，第三次球磨后出料烘干，过120目筛，得到颗粒细小、均匀的BF
‑
PT
‑
BZ
‑
PNN合成粉体；
[0010]步骤二：成型素坯：在制备好的合成粉体中滴加浓度为5％粘结剂PVA，进行造粒，在100MPa下干压成直径12mm、厚度1mm的圆片，随后进行200MPa等静压成型，等静压后进行排胶，最后获得BF
‑
PT
‑
BZ
‑
PNN素胚；
[0011]步骤三：烧结陶瓷：将上述所得BF
‑
PT
‑
BZ
‑
PNN素坯放在坩埚中密封烧结。
[0012]其中，步骤一中煅烧曲线为：从室温5℃/min升温至450℃，保温2h，再5℃/min升温至750℃，保温4h，随炉冷却。
[0013]其中，步骤二中粘结剂PVA滴加量为粉体量的7％。
[0014]其中，步骤二中排胶曲线为：从室温720min升温至450℃，保温3h，再300min升温至600℃，保温3h，随炉冷却。
[0015]其中，步骤二中烧结曲线为：从室温5℃/min升温至1050℃，保温2h，随炉冷却。
[0016]本专利技术的优点如下：
[0017]1、本申请在BF
‑
PT
‑
BZ陶瓷中引入PNN形成固溶体，组分设置在准同型相界附近。现对于原组分，在保持较高的居里温度的同时，陶瓷的压电系数和单向电致应变量得到显著提升。
[0018]2、本申请所提供的BF
‑
PT
‑
BZ
‑
PNN陶瓷是高绝缘性的压电材料，有望应用于下一代的压电器件。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅用于示意本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图中未提及的技术特征、连接关系乃至方法步骤。
[0020]图1为本专利技术优选实施例(0.63
‑
x)BiFeO3‑
0.32PbTiO3‑
0.05BaZrO3‑
xPb(Ni
1/3
Nb
2/3
)O3陶瓷样品x＝0.12和对比例x＝0的陶瓷样品的X射线衍射(XRD)对比图。
[0021]图2为本专利技术优选实施例(0.63
‑
x)BiFeO3‑
0.32PbTiO3‑
0.05BaZrO3‑
xPb(Ni
1/3
Nb
2/3
)O3陶瓷样品x＝0.12和对比例x＝0的陶瓷样品的介电常数随温度变化图。
具体实施方式
[0022]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造。
[0023]本申请的目的是提供一种(0.63
‑
x)BiFeO3‑
0.32PbTiO3‑
0.05BaZrO3‑
xPb(Ni
1/3
Nb
2/3
)O3压电陶瓷及其制备方法，具体如下：
[0024]在本实施例中，在0.63BiFeO3‑
0.32PbTiO3‑
0.05BaZrO3体系引入Pb(Ni
1/3
Nb
2/3
)O3形成化学式为(0.63
‑
x)BiFeO3‑
0.32PbTiO3‑
0.05BaZrO3‑
xPb(Ni
1/3
Nb
2/3
)O3固溶体系的压电陶瓷材料。
[0025]在本实施例中，0.365BiScO3‑
0.6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型四元系压电陶瓷，其特征在于：四元系压电陶瓷的化学通式为：(0.63
‑
x)BiFeO3‑
0.32PbTiO3‑
0.05BaZrO3‑
xPb(Ni
1/3
Nb
2/3
)O3，Pb(Ni
1/3
Nb
2/3
)O3含量x＝0和0.12。2.一种新型四元系压电陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：合成BF
‑
PT
‑
BZ
‑
PNN粉体：以分析纯的Bi2O3、Fe2O3、PbO、TiO2、BaCO3、ZrO2、Nb2O5和NiO为原料，按制备30g(0.63
‑
x)BF
‑
0.32PT
‑
0.05BZ
‑
xPNN所需化学计量比称取上述原料放入球磨罐中，加入24ml分析纯酒精和重量为60g、5mm直径大小的氧化锆小球进行球磨6h，将球磨后的浆料经过筛网滤出氧化锆小球，将浆料倒入陶瓷碗中，碗口覆盖铝箔，放入120℃烘箱中烘干，过120目网筛后放入坩埚中进行高温煅烧合成BF
‑
PT
‑
BZ
‑
PNN粉体，煅烧完成后，将合成粉料研细，放入球磨罐中，进行第二次球磨，再进行上述相同...

【专利技术属性】
技术研发人员：程晋荣，焦志翔，贾帆豪，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：