[发明专利]一种钛酸钡基高性能压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钛酸钡基高性能压电陶瓷材料及其制备方法，其化学结构式为BaTiO₃‑xCuSO₄‑yLi₂CO₃，x＝0.005～0.13，y＝0.005～0.02，该压电陶瓷材料烧结温度为1250～1300℃，压电常数为240～300pC/N，机械品质因数为130～150，机电耦合系数为0.25～0.3，晶粒尺寸为0.5～1μm，体积密度为5.6～5.95g/cm³。本发明提供的钛酸钡基高性能压电陶瓷材料压电性能高，烧结温度较低，并且以普通材料制备得到，价格低廉，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于无铅压电陶瓷材料技术领域，具体涉及一种钛酸钡基高性能压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，现在电子行业对电子元器件的小型化、功能化、低成本、高稳定性的要求更高，并且为了满足环保要求，无铅压电陶瓷的研究则显得尤为重要。

在近代的无铅压电陶瓷的研究中，有几类压电性能较为稳定、机电耦合系数交大的无铅压电材料受到了关注，例如：钙钛矿结构、铋层状结构及钨青铜结构无铅压电陶瓷。而钙钛矿型无铅体系由于其压电性能较好和居里温度较低(～120℃)而成为近些年研究的重要对象。钙钛矿型无铅陶瓷体系主要包括钛酸钡系无铅压电陶瓷、碱金属铌酸盐系无铅压电陶瓷、钛酸铋钠系无铅压电陶瓷。钛酸钡系无铅压电陶瓷是研究最早，也是研究最多的压电陶瓷材料，它是钙钛矿结构材料的典型代表，可以通过掺杂改性的手段来提高其压电性能和温度稳定性。但目前BaTiO₃基陶瓷材料的压电性能仍不够理想。

本发明提供了一种新的具有高压电性能、高体积密度的BaTiO₃基陶瓷材料，并且其烧结温度明显降低，可大大降低生产成本。同时，这类材料体系所涉及的原料价格低廉，工艺要求较低，适于大批量生产，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种具有高压电性能及较低的烧结温度的钛酸钡基高性能压电陶瓷材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种钛酸钡基高性能压电陶瓷材料，其化学结构式为BaTiO₃-xCuSO₄-yLi₂CO₃，x＝0.005～0.13，y＝0.005～0.02，该压电陶瓷材料烧结温度为1250～1300℃，压电常数为240～300pC/N，机械品质因数为130～150，机电耦合系数为0.25～0.3，晶粒尺寸为0.5～1μm，体积密度为5.6～5.95g/cm³。

本发明还提供上述钛酸钡基高性能压电陶瓷材料(BaTiO₃-xCuSO₄-yLi₂CO₃，x＝0.005～0.13，y＝0.005～0.02)的制备方法，具体步骤如下：

1)按材料化学式比例称取原料，备用；

2)配制钛酸钡悬浮液：将钛酸钡与无水乙醇、乙酸水溶液混合，所得混合液在30～60℃下搅拌30～60min，随后超声分散得到钛酸钡悬浮液；

3)配制硫酸铜-碳酸锂溶液：将硫酸铜、碳酸锂加入乙醇和去离子水的混合溶剂中，配制得到硫酸铜-碳酸锂溶液；

4)将步骤3)所得硫酸铜-碳酸锂溶液加入步骤2)所得钛酸钡悬浮液中，将所得混合液在30～60℃下水浴搅拌30～60min，随后超声分散均匀，用氨水调节pH值至6～8，然后在常温下水浴搅拌2～4h，接着陈化12～24h并干燥得到经过表面修饰的BaTiO₃粉末；