本发明专利技术涉及一种锰掺杂钛酸铋钠基无铅压电陶瓷材料及其制备方法，属于功能陶瓷领域。本发明专利技术选择８０．１５～８４．６１Ｗｔ％Ｂｉ１／２Ｎａ１／２ＴｉＯ３，１０．２６～１３．１９Ｗｔ％Ｂｉ１／２Ｋ１／２ＴｉＯ３，２．１７～５．４４Ｗｔ％ＢａＴｉＯ３体系为基体，０．３２～１．２８Ｗｔ％ＭｎＣＯ３为掺杂物，控制预合成温度为８００～９５０℃，保温时间为１～４小时；烧结温度为１１３０～１１９０℃，保温时间为１～４小时，得到新型的无铅压电陶瓷。利用本发明专利技术提供的方法获得的压电陶瓷材料，具有高的压电常数（１９１）和机械品质因子（３１４），并具有良好的微观结构，晶粒发育完整。本发明专利技术提供的无铅压电陶瓷，可以用于制作压电传感器和致动器等压电器件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锰掺杂钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡三元系无铅压电陶瓷材料，属于功能陶瓷领域。
技术介绍
压电铁电陶瓷具有优良的铁电性、压电性、介电性、热释电性等，是功能陶瓷中应 用非常广泛的一类，如铁电存储器、压电传感器和换能器、压电滤波器、红外探测器等，在信 息、通讯和自动控制等领域具有重要的应用，并已形成规模化产业。目前大量应用的含铅压 电陶瓷，其氧化铅或四氧化三铅约占原料总质量的70%左右，在烧结温度下挥发性大，一方 面对人体、环境造成危害、另一方面也使陶瓷中的化学计量比偏离原配方，给工艺和产品的 稳定性带来诸多问题；此外，含铅压电陶瓷在使用以及废弃处理过程中，还易对环境和人类 带来危害。随着全社会对环保问题的重视，寻找能够替代PZT的无铅压电陶瓷材料成为电 子材料领域的紧迫任务之一。但是，由于开发的无铅压电铁电材料，由于其自身性质的局限 性，难于获得高的压电性能和机械品质因子。Bi。.5Na。.5T叫(简称BNT)具有良好的铁电性和 高的剩余极化引起了广大学者的关注。NBT是由Smolenskii等在1960年首次合成的AB03 型A位离子复合钙钛矿铁电体；居里温度320°C ;室温下剩余极化强度^ = 38 ii C/cm2。但 室温下大的矫顽场(Ec = 7. 3MV/m)和高的电导率，使其难以极化；同时，其化学物理性质稳 定性较差，烧结温度范围较窄、致密性欠佳等限制了 NBT陶瓷的实用性。通过复相、掺杂等 改性方法可以有效地改善NBT陶瓷的这些缺点。钛酸铋钠_钛酸铋钾_钛酸钡(BNKB)三 元体系具有准晶相界区，并表现出良好的压电活性，成为目前研究的重点之一。但目前对于 BNKB三元系无铅压电陶瓷的掺杂改性工作开展有限，目前的报道极少。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过在准晶相界区附近的钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡三元组成 中添加以原料质量比0-1. 20 %的MnC03，提高陶瓷材料的压电和机电性能，提高无铅压电陶 瓷的实用价值。 本专利技术的目的是通过如下方式实现的一种锰掺杂钛酸铋钠基无铅压电陶瓷材 料，其特征在于以Bi1/2Na1/2Ti03_Bi1/2K1/2Ti03-BaTi03体系为基体，MnC03为掺杂物。 各组分质量百分比为Bi1/2Na1/2Ti0380. 15 84. 61 %， Bi1/2K1/2Ti0310. 26 13. 19%， BaTi032. 17 5. 44%， MnC030. 32 1. 28%。 —种锰掺杂钛酸铋钠基无铅压电陶瓷材料的制备方法包括配料、球磨、压块、预 合成、球磨、轧膜、排塑、烧结，其特征在于 (1)按质量百分比80. 15 84. 61 %的Bi1/2Na1/2Ti03， 10. 26 13. 19 %的 Bi1/2K1/2Ti03，2. 17 5. 44 %的BaTi03配取基体原料，按质量百分比0. 32 1. 28%配取掺 杂物MnC03 ; (2)预合成温度为850 950°C ，保温时间为1 4小时； (3)烧结温度为1150 118(TC，保温时间为1 4小时，得锰掺杂钛酸铋钠基无 铅压电陶瓷材料。 本专利技术具有如下的有益效果，利用本专利技术提供的方法获得的压电陶瓷材料，具有 高的压电常数(191)和机械品质因子(314)，并具有良好的微观结构，晶粒发育完整。本发 明提供的无铅压电陶瓷，可以用于制作压电传感器和致动器等压电器件。附图说明 图1是本专利技术的组分为83. 951Wt % Bi1/2Na1/2Ti03， 12. 30Wt % Bi1/2K1/2Ti03， 3. 26Wt% BaTi03，和0. 49Wt% MnC03的钛酸铋钠-钛酸铋钾_钛酸钡三元陶瓷的体积密度 与烧结温度之间的关系。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。 对比例 (1)采用无水碳酸钠、无水碳酸钾、氧化铋、二氧化钛和碳酸钡，按84.36Wt^ Bi1/2Na1/2Ti03， 12. 36Wt% Bi1/2K1/2Ti03， 3. 28Wt% BaTi03配取原料 (2)采用无水乙醇为介质在尼龙球磨罐中粗磨8小时，出料并干燥后以50MPa的压 力将粉料挤压成块，以3°C /min的升温速率升到95(TC下进行预合成，保温2小时；预合成 得到的料块研磨至40目筛；仍以无乙醇本为介质、在尼龙球磨罐中细磨12小时，出料并干 燥；向粉料加入20%的粘结剂溶液(聚乙烯醇浓度为18% )，经混料、并料、粗轧和精轧，得 到厚度为O. 50mm左右的膜片。 (3)膜片在72(TC下保温4小时(升温速率1°C /min)进行排塑。膜片置于氧化铝 坩埚中，密闭烧结。烧结温度为119(TC，保温时间为2小时。陶瓷片经研磨后两面被覆银电 极，并在硅油中60。C下极化，极化电压为4000V/mm，时间为30分钟。 实施例l (1)采用无水碳酸钠、无水碳酸钾、氧化铋、二氧化钛、碳酸钡和碳酸锰，按 83. 95Wt% Bi1/2Na1/2Ti03， 12. 30Wt % Bi1/2K1/2Ti03， 3. 26Wt% BaTi03，0. 49Wt% MnC03配取原 料； (2)粉料在40MPa下压制成块，预合成温度85(TC下进行，保温1小时。烧结温度 为117(TC，保温时间为2小时。 其它条件同对比例 实施例2 (1)采用无水碳酸钠、无水碳酸钾、氧化铋、二氧化钛、碳酸钡和碳酸锰，按 83. 55Wt % Bi1/2Na1/2Ti03， 12. 24Wt % Bi1/2K1/2Ti03， 3. 25Wt % BaTi03和0. 96Wt % MnC03配取 原料 (2)粉料在30MPa下压制成块，预合成温度800°C，保温1小时。烧结温度为 115(TC，保温时间为2小时。 其它条件同对比例。 表1是按对比例、实施例1和2制备的陶瓷样品的性能对比表<table>table see original document page 5</column></row><table>4 测试条件如下 体积密度按Archimedes排水法采用Metier XS104型精密电子天平测量； 介电常数和介电损耗在lkHZ的频率下使用Agilent E4980型精密LCR表测量电容和介电损耗，并通过公式^ = ^计算得到介电常数(C :电容值，t :膜片厚度；A :膜片电 极面积；e。真空介电常数)。 压电应变常数d33 :采用ZJ-2A型准静态d33仪测量； 机电耦合系数kp :采用Agilent 4294A型精密阻抗分析仪测量膜片的平面谐振模 式下的谐振与反谐振阻抗和频率，并按公式《* 151，计算得到平面机电耦合系数kp。 机械品质因子采用Agilent 4294A型精密阻抗分析仪测量膜片的平面谐振模式 下的谐振与反谐振阻抗和频率，并按公式0 = ，^ ^、 " D计算得到机械品质因2"KX-X )々及子Qm。 实施例3 (1)采用无水碳酸钠、无水碳酸钾、氧化铋、二氧化钛、碳酸钡和碳酸锰，按 80. 15Wt % Bi1/2Na1/2Ti03， 13. 19Wt % Bi1/2K1/2Ti03， 5. 38Wt %本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锰掺杂钛酸铋钠基无铅压电陶瓷材料，其特征在于：以Ｂｉ↓［１／２］Ｎａ↓［１／２］ＴｉＯ↓［３］－Ｂｉ↓［１／２］Ｋ↓［１／２］ＴｉＯ↓［３］－ＢａＴｉＯ↓［３］体系为基体，ＭｎＣＯ↓［３］为掺杂物。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏晓林，肖化平，刘文亮，张凯旺，孙立忠，陈元平，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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