[发明专利]一种铁酸铋-钛酸钡无铅压电陶瓷材料及制备方法

说明书

本发明属于压电陶瓷的技术领域，公开了一种铁酸铋‑钛酸钡无铅压电陶瓷材料及制备方法。所述压电陶瓷的组成为0.7Bi_1.02FeO₃‑0.3BaTiO₃‑x％LiF+y％M+z％SiO₂；M表示含Mn金属化合物；x、y、z分别表示LiF、M和SiO₂的摩尔分数，0.25≤x≤0.75，0.35≤y≤0.75，0≤z≤0.3。本发明还公开了压电陶瓷的制备方法。本发明调控了晶格中的氧空位浓度，加强晶格畸变，改善了显微结构，使压电性和居里温度均获得明显提高。本发明的压电陶瓷材料烧结温区宽(880～1020℃)、压电常数高(d₃₃＝180～208pC/N)、居里温度高(T_C＝550℃)。

技术领域

本发明属于压电陶瓷的技术领域，具体涉及一种铁酸铋-钛酸钡无铅压电陶瓷材料及制备方法。

背景技术

为了满足低碳环保以及高温应用如航空航天、地热钻探、石油化工、汽车等领域的需求，高温无铅压电材料及器件获得了极大的发展。近年来开发出的众多高温无铅压电陶瓷材料体系中，研究较多的是钙钛矿结构的钛酸铋钠、铌酸钾钠、铁酸铋基压电材料，其中铁酸铋的居里温度(～830℃)明显高于其它两类材料体系，引入钛酸钡与之形成铁酸铋-钛酸钡(BF-BT)固溶体可进一步稳定钙钛矿结构，并且BF-BT固溶体存在准同型相界，当BT含量在0.25-0.35之间时三方相与伪立方相共存，具有较好的压电铁电性能，因而也是研究较多的组成范围。但由于高温烧结过程中的Bi挥发及Fe³⁺变价，造成铁酸铋基材料的漏电流大，损耗高，难以极化，限制了其在高温压电器件中的应用。陶瓷压电性能的改善通常伴随着居里温度的降低，高的压电性能和居里温度存在相互制约。因此，追求高居里温度和高压电性能一直是该类陶瓷的重要研究方向。

中国专利CN110128127B通过引入Bi(Ti_0.5Zn_0.5)O₃调控陶瓷的相结构和显微结构，以Ba(W_0.5Cu_0.5)O₃、Ba(Cu_1/3Nb_2/3)O₃、B₂O₃、Li₂CO₃、V₂O₅中的一种或多种组合为助烧剂，获得了具有高压电性能及高温稳定性的铁酸铋-钛酸钡基无铅压电陶瓷：0.75BiFeO₃-0.25BaTiO₃+0.10Bi(Ti_0.5Zn_0.5)O₃+0.02Li₂CO₃+0.01MnCO₃，在970℃烧结陶瓷获得最佳性能：d₃₃＝187pC/N，k_p＝0.31％，T_C＝558℃，T_d＝530℃，tanδ＝2.99％。其制备方法除了传统固相烧结工艺之外，还包括采用高温高压条件合成Bi(Ti_0.5Zn_0.5)O₃、通纯氧排胶以及高温淬火等工艺。