本发明专利技术涉及一种掺锆和钼的铋层状无铅压电陶瓷及其制备方法，属于压电陶瓷材料领域。本发明专利技术采用ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９体系无铅压电陶瓷材料为基体，在Ｔａ位按一定的摩尔比值掺入Ｚｒ和Ｍｏ，按照固相工艺制备方法，制备出此种新型压电陶瓷材料，其组成为ＳｒＢｉ２（Ｚｒ０．５Ｍｏ０．５）ｘＴａ２－ｘＯ９，其中０≤ｘ≤２。该种材料在ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９基础上提高了压电常数，降低了介电常数，同时还具有低的机电耦合系数、高的机械品质因数等优点，是一种能够应用于制备各类压电陶瓷元件及组装成各类压电传感器的优良无铅压电陶瓷材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种掺杂锆和钼的铋层状无铅压电陶瓷材料及其制备方法，属于压 电陶瓷制备
技术介绍
在压电陶瓷领域中，长期以来由锆钛酸铅(PZT)占主导地位。然而，锆钛酸铅 陶瓷是含铅陶瓷，其中氧化铅(或四氧化三铅)约占原料总质量的70%左右。含铅压电 铁电陶瓷在加工、烧结过程和使用过程中，都会给环境和人类带来危害。因此，开发无 铅基的环境协调性压电陶瓷材料是一项紧迫而具有重要科学意义的课题。目前，国内外研究的无铅压电陶瓷体系主要有钛酸钡基、铋层状结构、钛酸 铋钠基、碱金属铌酸盐系及钨青铜结构无铅压电陶瓷。其中，铋层状结构无铅压电陶瓷 材料作为一种铁电材料，具有光电效应、非线性光学效应、反常光生伏打效应、光折变 效应等特点；同时还有高的居里温度，良好的抗疲劳特性以及漏电流小等优点而受到研 究者的重视。但是铋层状结构无铅压电陶瓷的压电性能还不太理想，极化强度较高，现 从工艺改进和配方改良的角度对其进行研究，大大提高铋层状结构无铅压电陶瓷材料的 压电性能。在铋层状钙钛矿无铅压电陶瓷材料中，SrBi2Ta2O9是研究最多的材料之一，其介 电、压电性能比较稳定，但是还存在极化强度较高、烧结温度较高等缺点。在实际中， Zr4+和Mo6+与Ta5+离子半径相近，通过复合还使得其电价一致，因此在复合置换Ta时， 能使SrBi2Ta2O9晶粒内部出现位错运动和晶界的滑移，实现其对SrBi2Ta2O9压电陶瓷材料 的复相置换改性，在降低极化强度的同时，尽可能的改进其压电性能和介电性能。迄今为止，还未见以锆和钼原子取代SrBi2Ta2O9无铅压电陶瓷及对其压电性能影 响的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用金属元素锆和钼对SrBi2 (Zra5Moa5) xTa2_x09中的Ta离子进 行取代改性，降低其极化强度，提高其压电性能，制备出一种新型的、环境友好型的铋 层状压电陶瓷材料。本专利技术材料的组成式为SrBi2 (Zra5Moa5) xTa2_x09，其中中0众《2。本专利技术材料的制备方法如下(1)按上述化学配比是进行配料，原料选用碳酸锶(SrCO3)、氧化铋(Bi2O3)、 五氧化二钽(Ta2O5)、氧化锆(ZrO2)和氧化钼(MoO3),其最终结构为SrBi2 (Zra5Moa5) xTa2_x09固溶体结构。(2)按照上述的化学式配比称取适量的SrC03、Bi203、ZrO2> Mo03、Ta2O5等原 料，用酒精作为分散剂，利用行星球磨机球磨混料12 24小时后，出料烘干，将混合原 料进行研磨，将所得粉料在20 30MPa的压力条件下干压成片，然后在800°C-1300°C下保温敞开烧结，保温时间为0.1-6小时，升温速率为1 20°C /min。本专利技术的效果是通过Zr4+和Mo6+对SrBi2 (Zra5Moa5) xTa2_x09中的Ta5+进行取 代改性，通过分析对比不同掺杂配比以及烧成温度对其压电性能的影响，获得一种相对 低介电常数ε、低介电损耗值tanS、高压电常数d33的新型优性能无铅压电陶瓷材料， 以满足生产生活的需要。具体实施步骤下面结合实例对本专利技术的特点做进一步描述书，但并非仅仅局限于下述实施 例。实施例1 本专利技术以SrCO3 (分析纯)、Bi2O3 (分析纯)、ZrO2 (分析纯)、MoO3 (分析纯) 和Ta2O5 (分析纯)为原料，按照化学计量式取χ = 0.1，a = 0.05。然后计算各原料的质 量并进行配料，用酒精作为球磨介质，利用行星球磨机球磨混料12小时，出料烘干，将 混合原料进行研磨，将所得粉料在30MPa的压力条件下干压成片，然后在IOOiTC下敞开 烧结，保温3小时成瓷，升温速率为5°C/min。将烧成好的陶瓷圆片双面平行抛光至厚 度为0.5mm左右，用超声清洗干净后，双面涂银电极，在硅油中加电压进行极化。极化 条件为40°C硅油中，加4kV/mm电压维持5分钟。SrBi2(Zra5Moa5)aiTai.909无铅压电陶瓷样品所测得性能为压电常数d33 = 20pC/ N，介电常数ε =185，机电耦合系数Kp = 5.2%，机械品质因数Qm = 2960。实施例2:本专利技术以SrCO3 (分析纯)、Bi2O3 (分析纯)、ZrO2 (分析纯)、MoO3 (分析纯) 和Ta2O5 (分析纯)为原料，按照化学计量式取χ = 0.1，a = 0.05。然后计算各原料的质 量并进行配料，用酒精作为球磨介质，利用行星球磨机球磨混料12小时，出料烘干，将 混合原料进行研磨，将所得粉料在30MPa的压力条件下干压成片，然后在1050°C下敞开 烧结，保温3小时成瓷，升温速率为5°C/min。将烧成好的陶瓷圆片双面平行抛光至厚 度为0.5mm左右，用超声清洗干净后，双面涂银电极，在硅油中加电压进行极化。极化 条件为40°C硅油中，加4kV/mm电压维持5分钟。本条件下，SrBi2(Zra5M0a5)aiTV9O9无铅压电陶瓷样品所测得性能为压电常 数d33=17pC/N，介电常数ε =180，机电耦合系数Kp = 5.4%，机械品质因数Qm = 2610。实施例3 本专利技术以SrCO3 (分析纯)、Bi2O3 (分析纯)、ZrO2 (分析纯)、MoO3 (分析纯) 和Ta2O5 (分析纯)为原料，按照化学计量式取χ = 0.1，a = 0.05。然后计算各原料的质 量并进行配料，用酒精作为球磨介质，利用行星球磨机球磨混料12小时，出料烘干，将 混合原料进行研磨，将所得粉料在30MPa的压力条件下干压成片，然后在IlOiTC下敞开 烧结，保温3小时成瓷，升温速率为5°C/min。将烧成好的陶瓷圆片双面平行抛光至厚 度为0.5mm左右，用超声清洗干净后，双面涂银电极，在硅油中加电压进行极化。极化 条件为40°C硅油中，加4kV/mm电压维持5分钟。本条件下，SrBi2(Zra5M0a5)aiTV9O9无铅压电陶瓷样品所测得性能为压电常 数d33=18pC/N，介电常数ε =183，机电耦合系数Kp = 6.0%，机械品质因数Qm =42390。权利要求1.掺杂锆和钼的SrBi2(Zr0.5Mo0.5)xTa2_xO9体系铋层状无铅压电陶瓷，其特征在于化学式为SrBi2 (Zra5Moa5) xTa2_x09，其中 0众《2。2.一种按权利要求1所述的掺杂锆和钼的铋层状无铅压电陶瓷材料的制备方法，包括 配料、混料、干燥、研磨、干压成型、烧结、抛光、电极化等步骤，其特征在于(1)按照化学式SrBi2(Zra5Moa5) xTa2_x09配取基本原料，其中0《x《2 ；(2)烧结温度为800°C-1300°C,保温时间为0.1-6小时。3.按照权利要求2所述的掺杂锆和钼的铋层状无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征 在于采用 SrC03、Bi2O3> ZrO2> Mo03、Ta2O5 等为原料。4.按照权利要求2所述的掺杂锆和钼的铋层状无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征 在于混料采用行星球磨工艺，以酒精为球磨介质。5.按照权利要求2所述的掺杂锆和钼的铋层状无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征 在于干压成型压力为0.1 lOOMPa。6.按照权利要求2所述的掺杂锆和钼的铋层本文档来自技高网...
【技术保护点】
掺杂锆和钼的ＳｒＢｉ↓［２］（Ｚｒ↓［０．５］Ｍｏ↓［０．５］）↓［ｘ］Ｔａ↓［２－ｘ］Ｏ↓［９］体系铋层状无铅压电陶瓷，其特征在于：化学式为：ＳｒＢｉ↓［２］（Ｚｒ↓［０．５］Ｍｏ↓［０．５］）↓［ｘ］Ｔａ↓［２－ｘ］Ｏ↓［９］，其中０≤ｘ≤２。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：闵鑫，钱小龙，房明浩，黄朝晖，刘艳改，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：11
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