[发明专利]一种无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种新型无铅压电陶瓷0.94Bi_0.5Na_0.5TiO₃-(0.06-x)BaTiO₃-xK_0.5Na_0.5NbO₃，其中0＜x＜0.06，此外，本发明还提供了该陶瓷的制备方法。

二、背景技术

压电材料是一类重要的应用功能材料，在信息，激光、导航等高技术领域有广泛的应用。基于ABO₃型钙钛矿氧化物结构的Pb(Zr_1-xTi_x)O₃陶瓷具有优异的压电性质，是目前工业上得到大规模应用的压电材料。但是由于这类材料含铅，而铅的毒性会在产品生产、使用和废弃后对人体和自然环境等造成严重危害，这与可持续发展战略相违背。因此，工业应用的趋势必然是使用无铅压电陶瓷取代目前的含铅压电陶瓷，这意味着开发研究具有优异压电性能和环境协调性的无铅压电陶瓷具有重要的经济意义。目前研究的比较多的无铅压电陶瓷主要基于(1)BaTiO₃(BT)，(2)Bi_0.5Na_0.5TiO₃(BNT)和(3)K_0.5Na_0.5NbO₃(KNN)。

在压电陶瓷中，准同型相界的概念非常重要，因为具有准同型相界结构的材料一般具有较好的压电性能。无铅压电陶瓷的典型代表材料之一是0.94BNT-0.06BT(即0.94Bi_0.5Na_0.5TiO₃-0.06BaTiO₃)，这是一个具有三方-四方准同型相界结构的材料且具有较好的压电性质，很多报道的或者得到专利保护的无铅压电陶瓷都是在这个材料的基础上，通过掺杂、固溶等方法发展的。但是，这个材料的准同型相界结构存在的范围非常窄，BT(即BaTiO₃)的摩尔比限制在5-6％左右，这不利于掺杂、固溶等方法对其压电性进一步优化，因为即使少量的掺杂、固溶也会导致这个准同型相界的偏离甚至消失。另一方面，0.94BNT-0.06KNN(即0.94Bi_0.5Na_0.5TiO₃-0.06K_0.5Na_0.5NbO₃)却具有三方-四方的准同型相界结构和较好的压电性质。但是，目前本领域还没有出现将这两种材料的特性优势进行互补的研究报道。

三、发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的无铅压电陶瓷，其实现了在较大成分变化范围内，三方-四方准同型相界结构的稳定存在，并且，这些陶瓷具有优良的压电性能。另一方面，还提高BNT-基无铅压电陶瓷的退极化温度。此外，本发明还提供了该无铅压电陶瓷的制备方法。

本发明所述的无铅压电陶瓷，其化学式为：0.94Bi_0.5Na_0.5TiO₃-(0.06-x)BaTiO₃-xK_0.5Na_0.5NbO₃，其中0＜x＜0.06。

本发明的制备方法包括以下步骤：

1)根据化学式0.94Bi_0.5Na_0.5TiO₃-(0.06-x)BaTiO₃-xK_0.5Na_0.5NbO₃，其中0＜x＜0.06，称量相应比例经过干燥处理且纯度大于或等于99.0％的Bi₂O₃、Na₂CO₃、TiO₂、BaCO₃、K₂CO₃和Nb₂O₅粉末，将六种粉末混合后加入酒精用于湿磨，然后在100-500转/分钟转速下进行球磨处理12-36小时，使四种粉末混合均匀；

2)将所得的粉末进行干燥处理后，再用研钵研磨使之均匀，把均匀混合的粉末在600℃-900℃预烧1-5小时；

3)将预烧后的粉末用研钵研磨使之细碎、均匀，再用上述方法再次进行球磨、干燥处理；