本發(fā)明涉及壓電陶瓷材料領(lǐng)域,具體為一種高溫壓電陶瓷及其制備方法。
背景技術(shù):
1、根據(jù)不同材料物理和化學(xué)性質(zhì)上的差異,可將材料分為有機(jī)、無(wú)機(jī)以及復(fù)合材料等。根據(jù)材料的用途,又可將材料分為電子、建筑、生物、能源材料等。電子材料主要應(yīng)用于電子技術(shù)和微電子技術(shù)領(lǐng)域,主要包括介電、半導(dǎo)體、鐵電、壓電、金屬、磁性、光電子、電磁波屏蔽材料。
2、壓電陶瓷是一類(lèi)具有壓電特性的電子材料,主要是由具有鐵電性的晶粒構(gòu)成。陶瓷中晶粒的自發(fā)極化取向是隨機(jī)的,宏觀上陶瓷不存在自發(fā)極化即陶瓷無(wú)壓電性。當(dāng)陶瓷端面被覆電極并置于直流電場(chǎng)下進(jìn)行極化處理時(shí),陶瓷內(nèi)取向混亂的自發(fā)極化矢量將沿外電場(chǎng)方向擇優(yōu)取向,電場(chǎng)消失后陶瓷內(nèi)部仍保留一定的宏觀剩余極化強(qiáng)度。此時(shí),陶瓷具有一定的壓電特性。
3、鋯鈦酸鉛(pzt)基陶瓷是目前商用壓電陶瓷的主要體系,但該類(lèi)陶瓷的制造、使用以及廢棄處理過(guò)程會(huì)對(duì)人類(lèi)健康和居住環(huán)境造成極大的危害。目前,pzt陶瓷的應(yīng)用溫度存在局限性(<180℃),很難應(yīng)用在高溫環(huán)境下。因此,環(huán)境友好型高溫?zé)o鉛壓電陶瓷的研究勢(shì)在必行。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、發(fā)明目的:針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明提出了一種高溫壓電陶瓷及其制備方法。
2、所采用的技術(shù)方案如下:
3、一種高溫壓電陶瓷,其結(jié)構(gòu)式如下所示:
4、(1-x-y)(bi1-plnp)feo3-xba(ti1-qalq)o3-ybiybo3-zwt%geo2
5、其中,ln為鑭系元素;
6、0.1≤x≤0.5,0.01≤y≤0.05;
7、0.1≤z≤1;
8、0.1≤p≤0.5,0.01≤q≤0.05。
9、進(jìn)一步地,ln為nd、dy、tb、gd中的任意一種或多種組合。
10、進(jìn)一步地,0.15≤x≤0.3,0.02≤y≤0.04。
11、進(jìn)一步地,x=0.25,y=0.03。
12、進(jìn)一步地,0.2≤z≤0.5。
13、進(jìn)一步地,z=0.4。
14、進(jìn)一步地,0.15≤p≤0.3,0.03≤q≤0.04。
15、進(jìn)一步地,p=0.2,q=0.04。
16、本發(fā)明還提供了一種高溫壓電陶瓷的制備方法:
17、將bi2o3、ln2o3、fe2o3混合球磨后干燥并于750-850℃預(yù)燒得到第一物料,將baco3、tio2、al2o3混合球磨后干燥并于800-900℃預(yù)燒得到第二物料,將第一物料、第二物料、biybo3、geo2混合,再次球磨后干燥造粒、壓制、排膠、燒結(jié)即可。
18、進(jìn)一步地,燒結(jié)溫度為1000-1050℃,燒結(jié)時(shí)間為1-4h。
19、本發(fā)明的有益效果:
20、本發(fā)明提供了一種高溫壓電陶瓷,鑭系元素經(jīng)常被引入到pzt陶瓷中作為供體或軟摻雜劑,從而顯著改善其鐵電和壓電性能,bf-bt基壓電陶瓷與pzt壓電陶瓷在晶體結(jié)構(gòu)和mpb行為上的相似性表明,可以使用在pzt陶瓷中相似的方法來(lái)優(yōu)化bf-bt基陶瓷的壓電性能,采用鑭系元素?fù)诫s,提升了壓電陶瓷的燒結(jié)活性,可以使壓電陶瓷保持良好的壓電性能和較高的居里溫度,完全滿足高溫壓電領(lǐng)域的需要;
21、a13+在壓電陶瓷中的固溶度有限,摻雜后會(huì)聚集在晶界處,導(dǎo)致晶格畸變,促進(jìn)物質(zhì)擴(kuò)散和晶粒的長(zhǎng)大,而且al3+取代ti4+會(huì)出現(xiàn)氧空位,氧空位對(duì)陶瓷的晶界運(yùn)動(dòng)有釘扎作用,這也有利于提高結(jié)構(gòu)致密度,改善壓電性能;
22、鉍基鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物biybo3具有很高的居里溫度和很好的壓電性能,可以很好的與bf-bt基壓電陶瓷固溶,bi3+在燒結(jié)過(guò)程中也能夠形成液相,促進(jìn)傳質(zhì)和結(jié)構(gòu)致密化;
23、本發(fā)明所制備的高溫壓電陶瓷具有較高的居里溫度和較好的壓電性能,而且不含鉛元素,在制造、使用以及廢棄處理過(guò)程不會(huì)對(duì)人類(lèi)健康和居住環(huán)境造成危害。
1.一種高溫壓電陶瓷,其特征在于,其結(jié)構(gòu)式如下所示:
2.如權(quán)利要求1所述的高溫壓電陶瓷,其特征在于,ln為nd、dy、tb、gd中的任意一種或多種組合。
3.如權(quán)利要求1所述的高溫壓電陶瓷,其特征在于,0.15≤x≤0.3,0.02≤y≤0.04。
4.如權(quán)利要求1所述的高溫壓電陶瓷,其特征在于,x=0.25,y=0.03。
5.如權(quán)利要求1所述的高溫壓電陶瓷,其特征在于,0.2≤z≤0.5。
6.如權(quán)利要求1所述的高溫壓電陶瓷,其特征在于,z=0.4。
7.如權(quán)利要求1所述的高溫壓電陶瓷,其特征在于,z=0.4。
8.如權(quán)利要求1所述的高溫壓電陶瓷,其特征在于,p=0.2,q=0.04。
9.一種如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的高溫壓電陶瓷的制備方法,其特征在于,將bi2o3、ln2o3、fe2o3混合球磨后干燥并于750-850℃預(yù)燒得到第一物料,將baco3、tio2、al2o3混合球磨后干燥并于800-900℃預(yù)燒得到第二物料,將第一物料、第二物料、biybo3、geo2混合,再次球磨后干燥造粒、壓制、排膠、燒結(jié)即可。
10.如權(quán)利要求9所述的高溫壓電陶瓷的制備方法,其特征在于,燒結(jié)溫度為1000-1050℃,燒結(jié)時(shí)間為1-4h。