[发明专利]一种高性能压电陶瓷材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能压电陶瓷材料及制备方法。所述压电陶瓷材料为Bi_0.5Na_0.5Ti O₃掺杂氧化钙。本发明制备的高性能压电陶瓷材料，为Bi_0.5Na_0.5Ti O₃掺杂氧化钙，Cs(Re O₄)或碳酸锶的复合压电材料，掺杂材料后，压电陶瓷的居里温度，Qm等指标有了大幅度提高，增加了压电陶瓷的硬度以及对于压力的敏感性，扩宽了材料的应用范围。

技术领域

本发明属于压电陶瓷技术领域，具体涉及一种高性能压电陶瓷材料及制备方法。

背景技术

压电陶瓷具有机械能与电能相互转换的功能，被广泛地应用于传感器、换能器、存储器、超声马达、驱动器等微电子元件。压电效应分为正压电效应和逆压电效应，若在晶体的表面施加机械力，材料会产生相应的形变并且在其表面会出现相反的束缚电荷，这种现象被称为正压电效应。反之，在晶体的表面施加电场时，材料会产生相应的形变，这种现象被称为逆压电效应。由于具有正(逆)压电效应，压电材料可以实现机械能与电能之间的相互转换。

目前，市场上应用最广泛的压电陶瓷主要是20世纪50年代发展起来的具有钙钛矿结构的铅基压电陶瓷。主要是由铁电体PbTiO₃和反铁电体PbZrO₃复合所形成的固溶体。由于铅基压电陶瓷具有重金属铅，不环保且对人体有害，人们逐渐开发无铅压电陶瓷。为满足压电陶瓷在不同领域的应用，研究者往往会在材料体系中引入不同的外来离子，使其在材料中形成不同的缺陷结构。这样，压电陶瓷就会表现出不同的性质，然后被应用于各种电子元件中。

目前，尚未有研究Bi_0.5Na_0.5Ti O₃材料掺杂其他化合物对于材料性能影响的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能压电陶瓷材料及其制备方法。

一种高性能压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料为Bi_0.5Na_0.5Ti O₃掺杂氧化钙，Cs(Re O₄)或碳酸锶。

上述高性能压电陶瓷材料的制备方法，按照如下步骤进行：

(1)按照摩尔比准备原料物质A：Bi₂O₃:Na₂CO₃:Ti₂O₃:＝1:1:2；

(2)将原料物质A放入球磨罐中，按照原料物质A：酒精：锆珠＝1：3：6的质量比加入酒精和锆珠，旋紧球磨罐的盖子，将球磨罐放入行星式球磨机中，在运转程序为50Hz的条件下行星球磨6-10h；

(3)取出球磨后的原料，分离锆珠，然后将料放入真空烘箱中烘干，再将烘干后的料放入坩埚中，用研杵将其压紧，最后将料放入马弗炉中，在空气气氛中800-900℃条件下反应6-10h，预烧初步合成陶瓷粉体；

(4)按照原料物质A:原料物质B重量比1：(0.1-0.3)的比例准备原料物质B；将步骤(3)预烧后的料倒入研钵中，磨细，将料与原料物质B放入球磨罐中并加入锆珠与无水乙醇，旋紧球磨罐的盖子，将球磨罐放入行星式球磨机中，在与第一次球磨相同的条件下进行第二次球磨，球磨结束后，取出料将其烘干；

(5)将烘干后的料倒入研钵中，加入1-3倍质量的10％聚乙烯醇溶液，用研杵进行搅拌，同时，在搅拌的过程中不断的用红外灯进行烘烤，使料中的水分完全挥发掉，烘干后，将料磨细，使其能够完全透过90-120目的标准检验筛完成造粒；

(6)将造粒过后的陶瓷粉体于压片磨具中，将其放在粉末压片机上，以12-18MPa压力将陶瓷粉体压成圆片；