[发明专利]一种铋基钙钛矿型无铅压电陶瓷及其低温制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无铅压电陶瓷材料，特别是一种铋基钙钛矿型无铅压电陶瓷及其低温制备方法。

背景技术

压电陶瓷在信息、激光、导航、电子技术、通讯、计量检测、精密加工和传感技术等高技术领域应用广泛。这种传统压电陶瓷的烧结温度一般都在1000℃以上。另外，由于在高温烧结时部分元素容易挥发，导致材料的化学计量比偏离原先所设计的配方，使其电性能下降。目前常用的烧结方法主要有密封烧结法、埋烧法、气氛法、过量法，但这些方法主要是为了确保配方中的化学计量比不变，并不能从根本上解决铅的挥发。因此抑制元素挥发积极而有效的方法是实现压电陶瓷的低温烧结。此外，低温烧结可以降低能耗。特别是在制备多层压电陶瓷驱动器时，可以实现低温电极材料的共烧，可以降低生产成本。因此，研究与发展低温烧结压电陶瓷材料已经成为国内外当前研究的重点。

文献[Serhiy O，J Am Ceram Soc,2009,92(12):2957-2961]报导了具有高居里温度与良好压电性能的BiFeO₃–BaTiO₃基无铅压电陶瓷，但需要在氧气气氛中烧结，烧结温度在在950-975℃，难以和贱电极材料Cu、Ni等实现共烧。文献[Ichiro Fujii, J J Appl Phys, 2011,50:09ND07] 报道了一种Mn掺杂的BaTiO₃-Bi(Mg_1/2Ti_1/2)O₃-BiFeO₃无铅压电陶瓷，但烧结温度在975℃以上。

发明内容

本发明的目的是提供一种铋基钙钛矿型无铅压电陶瓷及其低温制备方法，这种无铅压电陶瓷通过添加多元复合烧结助剂，采用传统陶瓷烧结技术，实现无铅陶瓷在空气气氛中的无压900℃低温烧结。该技术适合压电陶瓷多层驱动器、变压器、换能器等器件的新型低温共烧材料与器件技术，可采用Ni、Cu等贱金属材料作为电极材料，大幅度降低生产成本。

本发明的主要内容：

   （1）低温无压烧结的无铅压电陶瓷的配方：

(1-x)BiMeO₃-xBa(Ti_1-uZr_u)O₃+Y，其中x、u表示摩尔分数，Y表示多元复合烧结助剂。 0<x<0.5，0< u <0.5，0<Y<0.1。式中Me为三价金属元素。三价金属元素Me为Fe、Co、Ni、Sc、Mo、In、Al、Ga和Mn中的一种或多种，其中至少含有Fe。所述的烧结助剂 Y为Li₂CO₃、SrCO₃、CuO，V₂O₅， MnO₂，SnO₂，ZnO，SiO₂、Bi₂O₃、MoO₃、Ba(W_0.5Cu_0.5)O₃与B₂O₃中的多种，其中至少含有CuO、SrCO₃、MnO₂。其中多元复合烧结助剂Y的摩尔比m的组成分别为：0≤m(Li₂CO₃)≤20%，0<m(SrCO₃)≤50%，0<m(CuO)≤50%，0≤m(V₂O₅)≤15%，0<m(MnO₂)≤20%，0≤m(SnO₂)≤15%，0≤m(ZnO)≤30%，0≤m(SiO₂)≤30%，0≤m(Bi₂O₃)≤20%，0≤m(MoO₃)≤15%，0≤m(B₂O₃)≤15%；0≤m(Ba(W_0.5Cu_0.5)O₃) ≤30%。

（2）上述（1）的压电陶瓷制备方法为固相合成法，制备方法包括如下步骤：