[发明专利]具有优异温度稳定性的四方相A和B位共取代无铅压电织构陶瓷及其制备方法和应用

权利要求书

1.具有优异温度稳定性的四方相A和B位共取代无铅压电织构陶瓷，其特征在于它的化学通式为(Ba_1-xCa_x)(Ti_1-yE_y)O₃，其中E为Zr或Hf，0.12＜x＜0.30，0＜y＜0.09；

所述的具有优异温度稳定性的四方相A和B位共取代无铅压电织构陶瓷的正交O-四方T相变温度T_o-t低于室温，室温下陶瓷为纯四方相(T)的钙钛矿结构，由沿[001]_c或者[111]_c择优取向的四方相晶粒组成，择优取向度在90％以上；当四方相晶粒沿[001]_c择优取向时，陶瓷截面为长方体砖墙形貌；当四方相晶粒沿[111]_c择优取向时，陶瓷截面为类菱形堆砌形貌；

所述的具有优异温度稳定性的四方相A和B位共取代无铅压电织构陶瓷的居里温度高于100℃，压电系数在室温至居里温度区间内的变化率低于15％。

2.根据权利要求1所述的具有优异温度稳定性的四方相A和B位共取代无铅压电织构陶瓷，其特征在于压电系数在室温至居里温度区间内的变化率低于10％。

3.如权利要求1所述的具有优异温度稳定性的四方相A和B位共取代无铅压电织构陶瓷的制备方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：

一、制备前驱体基料：

以织构陶瓷目标组分化学通式(Ba_1-xCa_x)(Ti_1-yE_y)O₃的化学计量比为依据称取BaCO₃粉体、CaCO₃粉体、TiO₂粉体和ZrO₂粉体为原料，或称取BaCO₃粉体、CaCO₃粉体、TiO₂粉体和HfO₂粉体为原料；将称取的原料采用乙醇作为球磨介质，经一次球磨、烘干、预烧、二次球磨、烘干及过筛，得到前驱体基料；其中E为Zr或Hf，0.12＜x＜0.30，0＜y＜0.09；

所述的TiO₂粉体、ZrO₂粉体和HfO₂粉体的粒径均≤60nm；所述的前驱体基料为纯钙钛矿相且粒径在300nm以下；

步骤一中所述的预烧具体为在温度为1000℃～1450℃的条件下，保温1h～10h；

二、选取和称量模板籽晶：

选取BaTiO₃片状籽晶或SrTiO₃片状籽晶作为模板籽晶，分别称取前驱体基料及模板籽晶；所述的模板籽晶与前驱体基料的摩尔比为3:(17～97)；

所述的模板籽晶为纯钙钛矿结构，沿{001}_c或者{111}_c择优取向，且模板籽晶直径小于50μm，径厚比≥8；

三、制备流延浆料：

将溶剂、分散剂、粘合剂、塑化剂及步骤二称取的前驱体基料通过球磨混合制备基料浆料，然后将步骤二称取的模板籽晶加入到基体浆料中，继续球磨，得到流延浆料；

四、制备陶瓷生坯：

利用流延机对流延浆料进行流延、干燥，得到厚度为10μm～100μm的膜片，将膜片依次进行切割、叠压、热水匀压、切割及排胶，最后在压力为150MPa～300MPa的条件下冷等静压，得到陶瓷生坯；

五、制备四方相无铅织构陶瓷：

将陶瓷生坯置于高温炉中，在空气气氛及温度为1450℃～1600℃的条件下，烧结2h～20h，得到具有优异温度稳定性的四方相A和B位共取代无铅压电织构陶瓷。

4.根据权利要求3所述的具有优异温度稳定性的四方相A和B位共取代无铅压电织构陶瓷的制备方法，其特征在于步骤一中所述的BaCO₃粉体、CaCO₃粉体、TiO₂粉体、ZrO₂粉体和HfO₂粉体的纯度均≥99.9％；步骤一中所述的一次球磨时间为48h～96h；步骤一中所述的二次球磨时间为24h～72h。