[发明专利]一种二元系压电陶瓷及其制备方法

说明书

本申请涉及一种新型二元系压电陶瓷及其制备方法，利用固相反应法制备了一种化学通式为0.365BiScO₃‑0.635Pb(Ti_(1‑x)Co_x)O₃的二元系压电陶瓷，Co含量x＝0、0.03。本申请中的压电陶瓷相对于未掺Co的0.365BiScO₃‑0.635PbTiO₃陶瓷，四方相衍射峰强度增大，在保持较高的居里温度的同时，介电损耗有所降低，k_p、k_t减小，Q_m显著增大。1kHz时，x＝0、0.03的介电常数分别为1715、1107；介电损耗tanδ分别为5.1％、3.0％；其居里温度T_c分别为421℃、449℃；其k_p分别为0.55、0.41；k_t分别为0.53、0.47；Q_m分别是23、151。本申请通过引入Co离子对BS‑PT陶瓷进行改性，制备出了具有较高居里温度，介电损耗较小，Q_m较大的的0.365BiScO₃‑0.635Pb(Ti_(1‑x)Co_x)O₃压电陶瓷，使钪酸铋‑钛酸铅基陶瓷在压电材料研究领域的应用化迈出了很大的一步。

技术领域

本申请涉及一种新型压电陶瓷，特别涉及一种二元系压电陶瓷及其制备方法，应用于压电传感器、换能器等压电器件的功能材料制备技术领域。

背景技术

作为重要的功能材料，压电材料在国民经济的多个领域都发挥着重要应用。随着现代工业的快速发展，特别是新能源、交通和国防工业的高速发展，在一些极端环境下对压电陶瓷的服役性能提出了新的挑战。例如工业上使用的超声加工、超声焊接等大功率超声换能器，核反应堆中使用的高温超声波定位探测器，内燃机中使用的燃油喷压电阀等，必须选用具有高居里点的压电材料，这样才能保证压电器件可在较宽温度范围内正常工作，在航空航天领域，高温压电加速度传感器也发挥着重要作用。

目前广泛商业化应用的锆钛酸铅(PZT)体系压电陶瓷在MPB区域附近表现出卓越的压电响应和机电性能，是目前广泛较为广泛的大功率压电材料。虽然PZT压电陶瓷有着压电系数高、性能稳定、机械强度大等优点，但其居里温度T_c约为360℃，由于热激活老化过程，PZT陶瓷安全使用温度仅在180℃以下，这限制了它在特殊环境中的使用。

经研究发现新型铋基钙钛矿二元固溶体xBiScO₃-(1-x)PbTiO₃(BS-PT)在准同型相界MPB(x～0.64)附近四方相和三方相共存，具有较高的居里温度(T_c～450℃)和优良的压电性能(d₃₃～450pC/N)，是压电陶瓷高温应用的理想材料。尽管xBiScO₃-(1-x)PbTiO₃压电陶瓷相对于PZT压电陶瓷具有较高的居里温度和相当的压电性能，但其介电损耗较大以及机械品质因子较小的问题限制了其广泛使用。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请提供了一种新型二元系压电陶瓷，其化学通式为：0.365BiScO₃-0.635Pb(Ti_(1-x)Co_x)O₃，其中Co含量x＝0、0.03。这一二元系压电陶瓷可以通过以下方法制备而成：

粉料合成：采用固相反应法在0.365BiScO₃-0.635PbTiO₃陶瓷中引入Co离子，形成0.365BiScO₃-0.635Pb(Ti_(1-x)Co_x)O₃压电陶瓷粉体；