[发明专利]一种掺锆和钼的铋层状无铅压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明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领域。 

背景技术

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。 

发明内容

本发明的目的在于利用金属元素锆和钼对SrBi₂(Zr_0.5Mo_0.5)_xTa_2-xO₉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。 

本发明材料的组成式为SrBi₂(Zr_0.5Mo_0.5)_xTa_2-xO₉，其中中0≤x≤2。 

本发明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(Zr_0.5Mo_0.5)_xTa_2-xO₉固溶体结构。 

(2)按照上述的化学式配比称取适量的SrCO₃、Bi₂O₃、ZrO₂、MoO₃、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℃-1300℃下保温敞开烧结，保温时间为0.1-6小时，升温速率为1～20℃/min。