[发明专利]一种无铅压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无铅压电陶瓷材料及其制备方法，涉及电子陶瓷材料技术领域，其技术方案要点是：电陶瓷材料(Basubgt;0.85/subgt;Casubgt;0.15/subgt;)(Tisubgt;0.90/subgt;Zrsubgt;0.10/subgt;)Osubgt;3/subgt;+x Ysupgt;3+/supgt;+x Nbsupgt;5+/supgt;；0x≤0.2mol％，制备方法包括以下步骤：S1：选取碳酸钡、碳酸钙、二氧化锆、二氧化钛、氧化钇和五氧化二铌作为原材料；S2：将原材料进行烘干并称重；S3：将干燥后的原材料在乙醇中与ZrOsubgt;2/subgt;球一起球磨；S4：将干燥后的粉末再一次进行干燥，然后进行预煅烧；S5：将得到的粉末在20MPa下压成直径12毫米，厚度1.1毫米的圆盘；S6：使用石蜡作为粘结剂，粘结剂燃烧后，将样品放在1400℃空气中烧结4小时即得。通过两种元素掺杂，烧结后在陶瓷内生成了具有良好铁电性和铁磁性的双钙钛矿结构Basubgt;2/subgt;YNbOsubgt;6/subgt;物相，使该陶瓷材料获得了良好的压电性和居里温度。

技术领域

本发明涉及电子陶瓷材料技术领域，更具体地说，它涉及一种无铅压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

近年来，无铅压电材料如K0.5Na0.5NbO3(KNN)-、Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)-、BaTiO3(BT)-基陶瓷成为研究热点。在现有的陶瓷体系中，BCZT陶瓷是一种典型的BT基无铅压电陶瓷。由于其相对较高的压电常数、较低的损耗、中等的介电常数和较高的密度，被广泛认为是无铅压电陶瓷的候选材料之一。然而，目前的性能还不足以完全取代铅基压电陶瓷的实际应用。为了取代铅基压电陶瓷，提高压电性能迫在眉睫。提高BCZT陶瓷压电性能的方法有很多，如化合物引入和元素掺杂[7]。例如在BCZT中引入新的钙钛矿相(BNT)会导致晶格畸变并改善陶瓷的压电性能(例如d33＝450p.m./V)，但居里温度从82℃下降到约70℃。元素掺杂也可以改善压电陶瓷的压电性能，但会降低其居里温度[10-14]。例如，BCZT-xTm3+陶瓷在x＝0.5％(d₃₃＝532pC/N)时获得了较优异的压电性。但其居里温度仅为74℃，远低于纯BCZT陶瓷(Tc＝85℃)。

基于上述问题，申请人发明了一种新的无铅压电陶瓷材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种无铅压电陶瓷材料及其制备方法，该材料解决了背景技术中提到的技术问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种无铅压电陶瓷材料，由以下化学式表示：

(Ba_0.85Ca_0.15)(Ti_0.90Zr_0.10)O₃+x Y³⁺+x Nb⁵⁺；

其中，x为原子百分比，0x≤0.2mol％。

本发明还提供了一种无铅压电陶瓷材料的制备方法，具体包括以下步骤：

S1：选取碳酸钡、碳酸钙、二氧化锆、二氧化钛、氧化钇和五氧化铌作为原材料；

S2：将原材料进行烘干并称重；

S3：将干燥后的原材料在乙醇中与ZrO₂球一起球磨；

S4：将干燥后的粉末再一次进行干燥，然后进行预煅烧；

S5：将得到的粉末在20MPa下压成直径12毫米，厚度1.1毫米的圆盘；

S6：使用石蜡作为粘结剂，粘结剂燃烧后，将样品放在1400℃空气中烧结4小时即得无铅压电陶瓷材料。

进一步的，所述S2中烘干温度为100℃，干燥时间为12h。