[发明专利]一种具有微纳复合结构的金属-弛豫铁电陶瓷及其制备方法

说明书

一种具有微纳复合结构的金属‑弛豫铁电陶瓷及其制备方法，本发明属于功能陶瓷材料领域，具体涉及一种具有微纳复合结构的金属‑弛豫铁电陶瓷及其制备方法。本发明要解决现有BNT基陶瓷的退极化温度低的问题。本发明通过控制烧结温度与保温时间，制备出具有微纳复合结构的BNT‑BKT/Ag陶瓷，其中4～6μm大小的金属银颗粒作为复合体均匀分布于纳米尺度的陶瓷晶粒中形成微纳复合结构。Ag颗粒在陶瓷升温过程中对陶瓷晶粒产生较大的应力作用，从而抑制了BNT‑BKT陶瓷的退极化行为，得到了高退极化温度的钛酸铋钠‑钛酸铋钾压电陶瓷。

技术领域

本发明属于功能陶瓷材料领域，具体涉及一种具有微纳复合结构的金属-弛豫铁电陶瓷及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷作为一种进行机械能和电能相互转换的多功能材料，常被应用于机电转换器件中。近年来，随着人们生态环保意识的提升和社会可持续发展战略的需求，铅基压电陶瓷及其相关器件的生产和使用受到限制，无铅压电铁电陶瓷的研发和使用应运而生。钛酸铋钠(Bi_0.5Na_0.5TiO₃，BNT)作为一种无铅弛豫铁电体，不仅具有良好的铁电性能，还具有与铅基陶瓷媲美的居里温度(T_m～300℃)，因此无铅BNT体系引起的人们的广泛关注。

纯BNT体系的电阻率低且矫顽场高，陶瓷较难被充分极化，压电性能不理想。通过多元固溶在BNT基体系中构造三方-四方准同型相界(MPB)，可以提高BNT基陶瓷的压电常数d₃₃和机械品质因数k_p，例如0.94BNT-0.06BT和0.80BNT-0.20BKT体系。然而，BNT基压电陶瓷由于铁电-弛豫相变的存在，使其在居里温度之前存在退极化温度T_d，因此该温度是决定陶瓷实际使用温度范围的关键参数。近期，人们发现淬火处理可以提高BNT基陶瓷的退极化温度；但是由于淬火时温度极高，样品容易出现裂痕甚至破碎，导致难以获得完整且大块的陶瓷片。因此，开发一种全新且稳定的制备方法来提高BNT基陶瓷的退极化温度具有极其重要的研究价值和实际意义。

发明内容

本发明是要解决现有BNT基陶瓷的退极化温度低的问题，而提供一种具有微纳复合结构的金属-弛豫铁电陶瓷及其制备方法。

一种具有微纳复合结构的金属-弛豫铁电陶瓷是由4～6μm的金属Ag颗粒均匀分布于纳米尺度的BNT-BKT陶瓷晶粒中间形成的微纳晶粒复合型结构。

一种具有微纳复合结构的金属-弛豫铁电陶瓷的制备方法是按以下步骤完成的：

一、按照0.8Bi_0.5Na_0.5TiO₃-0.2Bi_0.5K_0.5TiO₃配比称取Bi₂O₃、Na₂CO₃、K₂CO₃和TiO₂，将称取的Bi₂O₃、Na₂CO₃、K₂CO₃和TiO₂混合并置于球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介质进行球磨，将球磨后的湿料烘干，得到干燥混合物；干燥混合物用研钵进行研磨得到混合物粉末，装入刚玉坩埚中后放到箱式炉中进行煅烧，得到具有纯钙钛矿结构的BNT-BKT预烧粉体；

二、将具有纯钙钛矿结构的BNT-BKT预烧粉体和氧化银Ag₂O粉末按照摩尔比1:(0.025～0.125)进行称取，将称取的具有纯钙钛矿结构的BNT-BKT预烧粉体和氧化银Ag₂O粉末放入研钵中混合研磨，得到混合粉末；

三、向混合粉末中加入粘合剂，研磨均匀后过筛并压成圆片；