一种Bi0.5Na0.5TiO3基三元体系无铅压电陶瓷及制备，属于钙钛矿结构压电陶瓷领域，该陶瓷的组成为x?BNT-y?BT-zBZT，x、y、z为被包含在用BNT、BT和BZT三元组成图的各组成点A、B、C、D连线所包围的区域内的BNT、BT和BZT的摩尔含量，A为(0.95,0,0.05)，B为(0.97,0,0.03)，C为(0.98,0.02,0)和D为(0.93,0.07,0)。制备时Bi2O3的量在其按照化学计量比所需的基础上再增加0.05%-1.00%。本发明专利技术所提供的三元无铅压电陶瓷体系具有优良的压电性能，具有实用性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钙钛矿结构压电陶瓷领域，涉及一类新型的多元Bia5Naa5TiO3基无铅压电陶瓷材料，具体是XBia5Naa 5Ti03-yBaTi03-ZBiZna5Tia5O3系无铅压电陶瓷及其制备方法。
技术介绍
压电陶瓷是一种用途广泛的功能材料，用它制作的 压电滤波器、微位移器、驱动器和传感器等，被广泛应用于卫星广播、电子设备、生物以及航空航天等高新
然而，目前应用最广泛、最成熟的压电陶瓷是钙钛矿结构的锆钛酸铅(PbZrxTihO3，简写为PZT)基陶瓷材料中氧化铅约占原料总重量的70%左右。由于氧化铅有毒、高温下易挥发，这类材料在制备、使用及废弃后处理过程中都会给环境和人的健康带来损害。随着人类社会可持续发展战略的实施和公众环境保护意识的增强，无铅压电陶瓷已成为高技术新材料的研发热点。无铅压电陶瓷材料主要有钙钛矿、钨青铜和铋层状三种晶体结构类型。其中，研究最多的是钙钛矿结构的Ν&(ι.5Β α5 03(简称为BNT)基压电陶瓷体系。BNT是1960年由Smolenskii等人发现的一种A位复合I丐钛矿型驰豫铁电体，室温时属三方铁电相。BNT陶瓷具有较强的压电性，机电耦合系数各向异性较大(kt约50%，1^约13%)，居里温度较高(320° C)，而且烧结温度低(〈1200° C)，所以成为一种很有希望的无铅压电材料。但其矫顽场大及电导率高而难以极化。这些问题阻碍了纯BNT陶瓷的实用化。因此通过与其它化合物固溶形成多元固溶体系成为了改善BNT陶瓷性能的有效手段。BiZna5Tia5O3(BZT)是一种新型B位复合钙钛矿结构铁电体。理论计算和实验表明，该化合物具有大的四方度(c/a=l. 21)，剩余极化可达150μ0 cm_2。BZT加入到BNT时，当加入量为3. 75mol. %时可形成准同型相界。但BNT-BZT 二元体系在BZT加入量为5. Omol. %时就易出现第二相，影响了陶瓷的铁电和压电性能。BaTiO3是一种具有高稳定性的钙钛矿，能和许多钙钛矿形成固溶体系，提高固溶体的钙钛矿稳定性。因此，在BNT加引入适量的BaTiO3,可以提高复合体系的钙钛矿稳定性，提高BZT的最大加入量，避免第二相的形成，改善多元体系陶瓷的电学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型BNT基多元无铅压电陶瓷体系，可以提高复合体系的钙钛矿稳定性，提高BZT的最大加入量，避免第二相的形成，改善多元体系陶瓷的电学性倉泛。本专利技术的一种Bia5Naa5TiO3基三元体系无铅压电陶瓷，其特征在于，陶瓷材料的组成为 xBi0.5Na0.5Ti03-yBaTi03 - zBiZn0.5Ti0.503,可用 x BNT-y BT-zBZT 表示(BNT 为Bi0 5Na0 5TiO37BT 为 BaTiO3,BZT 为 BiZna5TiQ.503)，其中 x、y、z 为被包含在用 BNT,BT 和 BZT三元组成图的各组成点A、B、C、D连线所包围的区域内的BNT、BT和BZT的摩尔含量数，X、I、Z包括点A和D之间的线段上的摩尔含量数，也包括点B和C之间的线段上的摩尔含量数，但不包括点A和B之间线段上的摩尔含量数，也不包括点C和D之间线段上的摩尔含量数，并且X、I、z也不属于A、B、C、D四个点上的摩尔含量数，其中A为(O. 95，O, O. 05)，B为(O. 97，O, O. 03)，C 为(O. 98，O. 02，O)和 D 为(O. 93，O. 07，O)。上述所述的陶瓷，其特征在于，BaTiO3和BiZna5Tia5O3为四方钙钛矿结构，，Bi。. 5Naa 5Ti03为三方钙钛矿结构，三者形成三元固溶体系，形成具有三方钙钛矿和四方钙钛矿晶格结构共存的晶体结构。上述的晶体结构为准同型相界。 本专利技术上述无铅压电陶瓷的制备方法，包括湿磨、烘干、煅烧，二次球磨、造粒、压制成型、烧结、打磨、披银和硅油中极化，其特征是无铅压电陶瓷粉体在80(T90(TC煅烧2h，陶瓷块体在110(Tl200°C保温2h烧结，烧结后，随炉冷却至室温。本专利技术采用传统的陶瓷制备工艺制备所述通式为xBiα 5Na0.5Ti03_yBaTi03_zBiZno.5Tio.5O3的无铅压电陶瓷，采用的原料为工业纯或者化学纯氧化物或碳酸盐，如Na2C03、Bi203、Ti02、BaC03、Zn0等。具体制备方法包括，根据化学通式的化学计量比称量原料，将原料在乙醇中球磨12小时，以使原料充分混合均匀。混合物经烘干后装入氧化铝坩埚内，在800-900°C进行煅烧，保温时间2小时，煅烧合成的粉料再在乙醇中球磨12小时。在烘干的粉料中加粘结剂，造粒、压制成型(如在200MPa的压力下成型，压制成直径11. 5mm，厚度I. 5mm左右的成型物)，将成型物排胶，最后在1100-1200°C下烧结2小时，烧结后的陶瓷片披上银电极，硅油中极化(如在60°C的硅油中，在6kV ^mnT1的电压下极化30_60min)。然后对样品进行各项性能的测试。本专利技术得到的无铅压电陶瓷，其特征在于，在上述制备方法的中，所用Bi2O3的量在其按照化学计量比所需的基础上再增加O. 05%-1. 00%,达到优化陶瓷性能的目的。本专利技术通过BNT基三元固溶体系的构建，成功实现了对BNT基无铅压电陶瓷各项性能的改良。随着三元体系组分的变化，矫顽场E。在40-50kV · CnT1之间改变，d33在25-140pC · N—1之间改变，kp在O. 1-0. 30之间改变，退极化温度在50-150° C之间改变。此外，在本专利技术中，可根据压电陶瓷材料的用途添加特性调节助剂，从而调节材料的特性。作为特性调节助剂，优选过渡金属氧化物。过渡金属氧化物的例子包括但不限于MnO、Mn2O3、Co2O3、Fe2O3、NiO 和 Cr2O3 等。附图说明图I为三成分组成图，其中A、B、C、D支架围成的网状区域为本专利技术的陶瓷组成部分；图2为实施例2所得陶瓷的电滞回线。具体实施例方式制备本专利技术所述通式为xBiQ.5NaQ.5Ti03-yBaTi03)-ZBiZna5Tia5O3的无铅压电陶瓷可以采用工业纯或者化学纯的Na2C03、Bi203、TiO2, BaCO3和ZnO等为原料，按照传统的陶瓷制备工艺制得。具体方法为，根据化学通式的化学计量比称取原料，将原料在乙醇中球磨12小时，以使原料充分混合均匀。混合物经烘干后装入氧化铝坩埚内，在800-900° C进行煅烧，保温时间2小时。煅烧合成的粉料再在乙醇中球磨12小时。在烘干的粉料中加粘结剂，在200MPa的压力下成型，压制成直径11. 5mm，厚度I.5mm左右的成型物。将成型物排胶，最后在1100-1200° C下烧结2小时，烧结后的陶瓷片被上银电极，在60° C的硅油中，在6kV ^mm1的电压下极化30_60min。然后对样品进行各项性能的测试。下面通过实施例进一步阐明本专利技术的实质性特点。表I列出了各实施例性能对比。应该指出，本专利技术决非仅局限于所陈述的实施例。实施例I :按化学式O. 9408Bi0 5Na0.5Ti03-0 . 0 1 92BaTi03_0. (MBiZn0 5Ti0 5O3 称量 Na2CO3,Bi2O3,本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Bi0.5Na0.5TiO3基三元体系无铅压电陶瓷，其特征在于，该陶瓷的组成为xBi0.5Na0.5TiO3？yBaTiO3–zBiZn0.5Ti0.5O3，用x？BNT？y？BT？zBZT表示，其中x、y、z为被包含在用BNT、BT和BZT三元组成图的各组成点A、B、C、D连线所包围的区域内的BNT、BT和BZT的摩尔含量，x、y、z包括点A和D之间的线段上的摩尔含量数，也包括点B和C之间的线段上的摩尔含量数，但不包括点A和B之间线段上的摩尔含量数，也不包括点C和D之间线段上的摩尔含量数，并且x、y、z也不属于A、B、C、D四个点上的摩尔含量数，其中A为(0.95,0,0.05)，B为(0.97,0,0.03)，C为(0.98,0.02,0)和D为(0.93,0.07,0)。
【技术特征摘要】
1.一种Bia5Naa5TiO3基三元体系无铅压电陶瓷，其特征在于，该陶瓷的组成为xBi0.5Na0.5Ti03-yBaTi03 - ZBiZn0 5Ti0 5O3,用 x BNT-y BT-zBZT 表示，其中 x、y、z 为被包含在用BNT、BT和BZT三元组成图的各组成点A、B、C、D连线所包围的区域内的BNT、BT和BZT的摩尔含量，x、y、z包括点A和D之间的线段上的摩尔含量数，也包括点B和C之间的线段上的摩尔含量数，但不包括点A和B之间线段上的摩尔含量数，也不包括点C和D之间线段上的摩尔含量数，并且X、I、z也不属于A、B、C、D四个点上的摩尔含量数，其中A为(O. 95，O, O. 05)，B 为(O. 97，O, O. 03)，C 为(O. 98，O. 02，O)和 D 为(O. 93，O. 07，O)。2.按照权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱满康，段成辉，侯育冬，刘晶冰，王如志，汪浩，严辉，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。