[发明专利]一种无铅压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种无铅压电陶瓷材料及其制备方法，所述陶瓷材料的分子式为：(0.93‑x)Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑0.07Ba(Zr_0.055Ti_0.945)O₃‑x(K_0.5Na_0.5)NbO₃，其中，0≤x≤0.07。该陶瓷材料的制备方法包括：配料、球磨、预烧、二次球磨、加粘合剂、过筛造粒、成型、排塑、烧结。本发明制得的无铅压电陶瓷具有优异的电学性能，同时，本发明中的陶瓷材料配方简单、合成工艺简单、在某些方面可以取代PZT陶瓷。

技术领域

本发明涉及压电陶瓷材料技术领域，具体涉及一种无铅压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷是一种能够实现电性能与机械性能相互转化的功能材料，是超声换能器、传感器、驱动器等诸多电子器件的核心材料。PZT基压电陶瓷自从发现以来由于其优异的电学性能是目前应用最广泛一类陶瓷材料。但是，铅基压电陶瓷中含有60％以上的铅，铅是一种有毒物质，在陶瓷的制备、使用、废弃的过程中都会给人类和环境造成危害。

随着人们环保意识的增强，各国开始颁布法律法规禁止在电子电器设备中使用含铅材料。在这种大环境下，开发性能优异的环境友好的无铅压电陶瓷来取代铅基压电材料成为了一项迫切而艰巨的任务。在众多无铅压电陶瓷中，A位复合钙钛矿处于铁电陶瓷Bi_0.5Na_0.5TiO₃(BNT)由于其优异的电学性能被认为是能够取代PZT基压电陶瓷的候选材料之一。但是纯的BNT陶瓷压电性能很差，只有73pC/N，且退极化温度较低，所以无法满足实际应用的要求。另外纯的BNT陶瓷烧结温区窄、致密度欠佳、物理化学性质不稳定也限制了其在实际中的应用。通过在BNT中掺入杂质离子或能与之形成固溶体的组元，形成具有准同型相界(MPB)的固溶体可以提升陶瓷的压电性能和电致应变，在很大程度上提高其性能。目前已经开发了一系列二元、三元甚至四元体系的BNT基陶瓷，大大提高了陶瓷的压电性能。开发多元BNT基陶瓷的目的一方面是提高BNT陶瓷的压电性能，另一方面是提高BNT陶瓷的电致应变。但现有的多元BNT陶瓷无法在同一体系中同时实现压电和电致应变的调控，且大的电致应变往往伴随着达的应变滞后，限制了陶瓷在致动器中的应用。

发明内容

本发明开发了一种新型三元系BNT基压电陶瓷，解决BNT基在大的电致应变下应变滞后严重的的缺点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种无铅压电陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的分子式为：(0.93-x)Bi_0.5Na_0.5TiO₃-0.07Ba(Zr_0.055Ti_0.945)O₃-x(K_0.5Na_0.5)NbO₃，其中，0≤x≤0.07。

上述陶瓷材料的制备方法如下：

(1)以BaCO₃、TiO₂、ZrO₂粉末为原料，按照BaZr_0.055Ti_0.945O₃的化学计量比称料；

(2)将步骤(1)称好的粉末装入球磨罐中，以无水乙醇为介质，采用行星式球磨机球磨1-64h，使粉体混合均匀、颗粒大小一致，为产品质量提供保证；

(3)将步骤(2)球磨好的浆料烘干，压成Ф60的圆片，放入刚玉坩埚，然后放入马弗炉中预烧，预烧温度1100-1300℃,预烧时间2-5h，使原料充分反应合成BaZr_0.055Ti_0.945O₃；