[发明专利]一种新型四元系压电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型四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(0.63‑x)BiFeO₃‑0.32PbTiO₃‑0.05BaZrO₃‑xPb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃的四元系压电陶瓷，Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃含量x＝0和0.12，本申请中的0.63BiFeO₃‑0.32PbTiO₃‑0.05BaZrO₃压电陶瓷随着Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃的掺杂量增高，相结构由四方转变为三方相，晶粒尺寸减小，当x＝0.12，BF‑PT‑BZ‑PNN压电陶瓷中三方和四方相共存，介电、铁电和压电性能达到最优，压电系数d33、压电电压常数g33和机电转换系数d33×g33分别为410pC/N、32×10‑3Vm/N和13045×10‑15m2/N，其中，d33×g33性能优于商用能量收集器材料PZT502(d33×g33＝11250×10‑15m2/N)，使铁酸铋‑钛酸铅‑锆酸钡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

本发明属于压电传感器、换能器等压电器件的功能材料制备技术领域，特别是涉及一种新型四元系压电陶瓷及其制备方法。

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。

高温压电材料是高温压电器件最核心的敏感元件。然而性能优良、居里温度高的压电陶瓷材料以目前的情况，还是比较少。这就使得长期以来，特种高温压电器件不得不使用生产工艺复杂、成本高的压电单晶材料。因此，开发具有优异性能的高居里温度压电陶瓷材料已成为当务之急。目前，世界各地科学家正在为寻找能适用于高温环境下的压电陶瓷做出不懈努力。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种新型四元系压电陶瓷及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种新型四元系压电陶瓷，化学通式为：

(0.63-x)BiFeO₃-0.32PbTiO₃-0.05BaZrO₃-xPb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃，Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃含量x＝0和0.12。

本发明还提供了一种新型四元系压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：