[发明专利]一种耐高温耐辐照压电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐高温耐辐照压电陶瓷，其化学通式为(NaBi)_1‑x(LiM_1/2N_1/2)_xBi₂Nb₂O₉+yBi₂O₃，其中0x0.1；0wt.％y5wt.％；M、N为La、Ce、Pr、Nd、Y、Sm中的一种，M和N为不同元素。制备步骤主要包括粉体制备、干压成型、烧结、机加工、表面金属化及高温老化等过程。上述陶瓷经过600℃/48h高温老化后压电性能稳定在21‑24pC/N，在高温600℃时的电阻率大于10⁶Ω*cm，可长时间用于538℃(1000°F)、短时间用于593℃(1100°F)的高温环境中。除此之外，上述压电陶瓷在Coγ‑ray辐照累积总计量3×10⁸rad时性能基本保持不变，可用于辐照环境中。

技术领域

本发明涉及无铅压电陶瓷技术领域，具体涉及一种耐高温耐辐照压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷是实现机械能与电能相互转换的一类重要的信息功能材料，可以制成各种压电传感器、驱动器、换能器、谐振器和滤波器等电子元器件，在信息通讯、航空航天、汽车电子、医疗设备、石油化工和军事等领域具有广泛的应用。锆钛酸铅(PZT)因为其优异性能，其被广泛应用于压电元件。一方面，PZT陶瓷中氧化铅质量分数达到60％以上，会对环境和人体带来一定的危害，近年来，随着可持续发展的理念深入人心，人们急切希望找到环境友好的材料来替代PZT。另一方面，PZT较低的居里温度现在了其在高温环境中的应用。

Na_0.5Bi_2.5Nb₂O₉(NBN)是目前高温压电陶瓷研究较多的体系之一，其具有较高的居里温度点，大约为780℃左右，但是其压电常数低，只有6pC/N，满足不了实际需求，另外其高温长时间热稳定性能也有待研究。除此之外，部分极端环境对高温压电陶瓷其他性能还有要求，如核电领域需要高温压电陶瓷具有耐辐照的特性，但是目前国内对这块研究较少。因此有必要开发出一种高压电常数、高稳定性、耐高温、耐辐照的压电材料。

基于现有NBN压电常数低、目前国内市场上鲜有耐辐照的高温压电陶瓷的情况，本发明提出了一种耐高温耐辐照压电陶瓷及其制备方法，可有效解决以上问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温耐辐照压电陶瓷及其制备方法。本发明制备的所述耐高温耐辐照压电陶瓷在600℃/48h高温老化后压电性能稳定在21-24pC/N，在高温600℃时的电阻率大于10⁶Ω*cm。除此之外，在Coγ-ray辐照累积总计量3×10⁸rad时压电性能基本保持不变。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种耐高温耐辐照压电陶瓷，化学通式为(NaBi)_1-x(LiM_1/2N_1/2)_xBi₂Nb₂O₉+yBi₂O₃，其中0x0.1；0wt.％y5wt.％；M、N均为La、Ce、Pr、Nd、Y、Sm中的一种，且M和N为不同元素。

优选的，制备所述耐高温耐辐照压电陶瓷的原料中五氧化二铌在室温下为正交结构。

优选的，所述耐高温耐辐照压电陶瓷经过高温600℃/48h老化，使压电性能稳定。

所述耐高温耐辐照压电陶瓷可长时间用于538℃(1000°F)、短时间用于593℃(1100°F)的高温环境中。

所述耐高温耐辐照压电陶瓷在Coγ-ray辐照累积总计量3×10⁸rad时性能基本保持不变，可用于辐照环境中。