[发明专利]一种铁酸铋-钛酸钡二元高温压电陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种铁酸铋‑钛酸钡二元高温压电陶瓷材料及其制备方法和应用，属于高温压电材料技术领域。本发明的方法使用颗粒尺寸相差700nm～1.2μm的铁酸铋‑钛酸钡粗粉与铁酸铋‑钛酸钡细粉作为原料，使用不同粒径的混合粉末制备铁酸铋‑钛酸钡，由于大颗粒与小颗粒之间接触时表面张力大于相同颗粒之间的表面张力，更有利于晶粒的生长，使得陶瓷材料的相对密度升高、孔隙率减少，进而提高陶瓷材料的介电常数和压电系数，提升介电性能，介电损耗tanδ降低，陶瓷的绝缘性能提高，漏电流减少，具有优异的压电性能。实施例的结果表明，本发明制备的铁酸铋‑钛酸钡二元高温压电陶瓷材料的压电常数达到200pC/N。

技术领域

本发明涉及高温压电材料技术领域，尤其涉及一种铁酸铋-钛酸钡二元高温压电陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术

高温压电材料中的主要研究体系有Pb(Zr_xTi_1-x)O₃(x＝0.52)为代表的铅基压电陶瓷、铌酸盐系无铅压电陶瓷以及各种铋层状结构。其中，锆钛酸铅 PZT陶瓷在所有压电陶瓷中的研究最为成熟，在实际中的应用也最为广泛。但是PZT压电陶瓷的一个缺点是居里温度Tc一般小于400℃，使其在高温领域的应用受到一定的限制。同时，铅基材料在生产、使用及废弃处理过程中会污染环境，给生物和人类健康带来很大危害，人们开始将重心放在寻找和开发环境友好型无铅压电陶瓷，用于取代铅基压电陶瓷在换能器和传感器中的应用。

BiFeO₃-BaTiO₃(BF-BT)因其具有多铁性、居里温度高(Tc＝619℃)和热稳定性好等特点，在压电和电介质储能器件领域具有潜在应用而得到了广泛的研究。BF-BT陶瓷与铅基压电陶瓷体系相似，在组分位于准同型相界 (MPB)附近时具有优异的压电和铁电性能，但是由于BF-BT陶瓷在烧结过程中存在Bi₂O₃的挥发和Fe³⁺的变价等现象导致陶瓷样品的缺陷离子浓度较高、介电损耗tanδ偏大以及压电性能偏低等问题的出现，极大地限制了其在压电器件中的应用。因此，需要进一步降低BF-BT陶瓷的漏电流和介电损耗tanδ，从而实现高温和高电场极化，提升压电性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁酸铋-钛酸钡二元高温压电陶瓷材料及其制备方法和应用，所制备的铁酸铋-钛酸钡二元高温压电陶瓷材料具有低介电损耗，漏电流少，压电性能优异。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铁酸铋-钛酸钡二元高温压电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

将铁酸铋-钛酸钡粉体与第一球磨介质混合，进行第一球磨，得到铁酸铋-钛酸钡粗粉，所述铁酸铋-钛酸钡粗粉的颗粒尺寸为800nm～1.5μm；

将铁酸铋-钛酸钡粉体与第二球磨介质混合，进行第二球磨，得到铁酸铋-钛酸钡细粉，所述铁酸铋-钛酸钡细粉的颗粒尺寸为100～800nm；

将所述铁酸铋-钛酸钡粗粉和铁酸铋-钛酸钡细粉混合，得到混合粉体；将所述混合粉体与粘结剂混合，依次进行造粒、等静压成型、排胶和烧结，得到铁酸铋-钛酸钡二元高温压电陶瓷材料。

优选的，所述铁酸铋-钛酸钡粉体的制备方法，包括以下步骤：

将Bi₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂、BaCO₃、MnO₂和水混合，将所得混合物料依次交替进行球磨和煅烧，得到铁酸铋-钛酸钡粉体。

优选的，所述铁酸铋-钛酸钡粉体的化学组成为(1-x)BiFeO₃-xBaTiO₃，其中，0x1。