【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于压电陶瓷，具体来说涉及一种陶瓷材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、高温压电材料作为一类不可或缺的功能陶瓷材料，被广泛的应用于航空航天、军事兵器、能源电力、船舶交通以及核电行业、国防军工、地质勘探等特殊环境工作领域；在一些特殊环境下，如：对飞机发动机、导弹飞行设备、核反应堆等运行状态监测的加速度传感器，其核心元件就是高温压电材料，这些都表明高温压电材料有着举重若轻的地位。目前国内应用最广泛的高温压电材料主要是有石英（sio2），其具有较高的机械品质因数和电阻率，且稳定性能好，但是缺陷是石英在高于570℃时其晶体结构会发生相变，而且机电耦合系数kp和压电常数也会降低，压电性能在高温下不稳定，这些限制了石英在高温领域内的应用。铌酸锂（linbo3）具有良好的机械品质因数和电阻率，虽然居里温度高达1150℃，但是其机电耦合系数kp随温度的变化太大，极其不稳定，除此之外在高温下铌酸锂会发生分解，这些都限制了其在高温领域的应用。磷酸镓（gapo4）虽然具有较高的机械品质因数和电阻率，但是在温度高于970℃时会发生相变导致机械品质因数大幅度下降，无法在高温下稳定使用。氮化铝（aln）虽然在高温下（500℃）具有良好的压电性能，但是却难以培养出高质量大体积的晶体。综上所述，单晶有着良好的优异性能，但是也存在着各自的缺陷，因此需要寻找可以替代单晶的压电材料，即压电陶瓷。
2、随着航空航天、国防军工等工业的进一步飞速发展，需要的压电器件往往要求工作温度在450℃以上，在高温下不仅具有足够的压电常数，且要求介电损耗低，压
3、钙钛矿结构压电陶瓷具有较好的电学稳定性和较高的压电性能，特别是锆钛酸铅pb(zr,ti)o3陶瓷（pzt），但是含铅压电陶瓷对环境污染严重，而且pzt的居里温度tc仅在380℃左右，最高的稳定工作温度不高于250℃，无法满足高温压电陶瓷实际的服役环境温度。
4、钨青铜结构压电陶瓷，例如pbnb2o6(pn)基压电陶瓷，具有高于pzt的居里温度（tc～550℃），但是该材料制备困难，在烧结过程中晶体结构会发生相变，从而导致其致密度低、且表面形貌存在明显裂纹，也不适合高温应用。
5、铋层状结构压电陶瓷，如bi4ti3o12、cabi4ti4o5等。它由钙钛矿层和铋氧层按照一定的规律排列成特定的结构。铋层状结构压电陶瓷的特点是居里温度高、低老化率、高介电击穿强度和较高的机械品质因数等特点，且比一些传统的压电陶瓷在高温下具有更高的电阻率，压电性能稳定。铋层状结构压电陶瓷是目前极具发展前途的一类高温压电材料，也是当前国际上高温压电振动传感器中压电陶瓷材料的首选解决方案。铋层状结构压电陶瓷中的na0.5bi4.5ti4o15陶瓷材料的居里温度可达到650℃，压电常数d33约15pc/n，介电损耗tanδ≥0.4%，电阻率为106量级，但是这对于实际应用来说，压电常数太低，且损耗也是偏高的，其压电常数的温漂，即压电常数随温度的变化也是偏大。因此，如何在不牺牲na0.5bi4.5ti4o15陶瓷材料的居里温度的同时，提高其压电常数、降低介电损耗和升高电阻率是关键性问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种陶瓷材料，该陶瓷材料利用稀土元素ce元素对钛酸铋钠(na0.5bi4.5ti4o15)陶瓷材料进行掺杂改性。
2、本专利技术的另一目的在于提供上述陶瓷材料的制备方法。
3、本专利技术的另一目的在于提供一种制备高温压电陶瓷材料的方法，该方法由所述陶瓷材料制备得到高温压电陶瓷材料，在不降低其居里温度的同时提高其压电性能。
4、本专利技术的另一目的在于提供上述方法获得的高温压电陶瓷材料。
5、本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
6、一种陶瓷材料，其结构通式为na0.5bi4.5ti4-xcexo15，其中，0.3≤x≤0.6。
7、在上述技术方案中，0.35≤x≤0.5，优选为0.35＜x≤0.45。
8、上述陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
9、步骤1，将na源、bi源、ti源和ce源混合，得到混合料，将所述混合料球磨至混合均匀，干燥，于750~800℃预烧结2~4h，得到预烧结材料，其中，按物质的量份数计，所述na源中na、bi源中bi、ti源中ti和ce源中ce的比为0.5：4.5：（4~x）：x；
10、在步骤1中，所述na源为na2co3，bi源为bi2o3，ti源为tio2，ce源为ce2o3。
11、在步骤1中，所述预烧结于空气环境中进行。
12、步骤2，将所述预烧结材料球磨至混合均匀，干燥，造粒，真空封装，温等静压，得到生胚柱；
13、在步骤2中，所述造粒为将所述预烧结材料和粘合剂混合，按质量份数计，粘合剂和混合料的比为（2~5）：1。
14、在上述技术方案中，所述粘合剂为聚乙烯醇（pva）水溶液，所述聚乙烯醇（pva）水溶液为聚乙烯醇（pva）和水的混合物，按质量份数计，聚乙烯醇（pva）水溶液中水和聚乙烯醇的比为（15~20）：1。
15、在步骤2中，所述真空封装为于2~4mpa压力下压柱封装。
16、在步骤2中，所述温等静压的压力为30~50mpa，所述温等静压的保压时间为10~20s，所述温等静压的温度为25~40℃。
17、在上述技术方案中，所述温等静压的升压速率为2~3mpa/s。
18、在步骤1和步骤2中，所述球磨采用湿磨，湿磨的介质为无水乙醇，按质量份数计，无水乙醇和混合料的比为（0.5~1）：1。
19、在步骤1和步骤2中，所述球磨的球料比为（3~5）:1。
20、在步骤1和步骤2中，所述干燥的温度为70~80℃，干燥的时间为7~8h。
21、在步骤1和步骤2中，所述球磨的转速为300~400r/min，球磨的时间为8~12h。
22、在步骤2中，生胚柱的厚度为10~13mm、直径为9~10mm。
23、步骤3，将所述生胚柱排胶处理，于1000~1300℃烧结3~5h，得到陶瓷材料。
24、在步骤3中，排胶处理的温度为550~650℃，排胶处理的时间为0.5~2h。
25、在步骤3中，升温至550~650℃的升温速率为3~5℃/min。
26、在步骤3中，升温至1000~1300℃的升温速率为3~5℃/min。
27、制备高温压电陶瓷材料的方法，包括：将所述陶瓷材料先后依次进行涂覆电极（被电极）、电极烧结（烧电极）、硅油中高压极化，得到高温压电陶瓷材料。
28、在上述技术方案中，所述电极烧结为于800~850℃保温10~40min。
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1.一种陶瓷材料，其特征在于，其结构通式为Na0.5Bi4.5Ti4-xCexO15，其中，0.3≤x≤0.6。
2.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，0.35≤x≤0.5。
3.如权利要求1所述陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述造粒为将所述预烧结材料和粘合剂混合，按质量份数计，粘合剂和混合料的比为（2~5）：1。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述真空封装为于2~4MPa压力下压柱封装。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述温等静压的压力为30~50MPa，所述温等静压的保压时间为10~20s，所述温等静压的温度为25~40℃。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤3中，排胶处理的温度为550~650℃，排胶处理的时间为0.5~2h。
8.一种制备高温压电陶瓷材料的方法，其特征在于，包括：将权利要求1所述陶瓷材料先后依次进行涂覆电极、电极烧结、
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电极烧结为于800~850℃保温10~40min；所述硅油中高压极化为于150~200℃的硅油中以10~12kV/mm的极化电压极化30~40min。
10.如权利要求1所述的陶瓷材料在压电陶瓷中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种陶瓷材料，其特征在于，其结构通式为na0.5bi4.5ti4-xcexo15，其中，0.3≤x≤0.6。
2.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，0.35≤x≤0.5。
3.如权利要求1所述陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述造粒为将所述预烧结材料和粘合剂混合，按质量份数计，粘合剂和混合料的比为（2~5）：1。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述真空封装为于2~4mpa压力下压柱封装。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述温等静压的压力为30~50...
【专利技术属性】
技术研发人员：郇正利，常宁，曹光利，黎超逸，刘浩然，赵建龙，
申请(专利权)人：山东利恩斯智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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