一種BNT-BT-BKT基鈣鈦礦體系多元無鉛壓電陶瓷及其制備方法技術

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種以成分為特征的陶瓷組合物，特別是涉及一種鈦酸鉍鈉-鈦酸鋇-碳酸鉍鉀(BNT-BT-BKT)基參雜鈮酸鉀鈉鋰鉭銻(KNNLST)混合多元鈣鈦礦體系壓電陶瓷及其制備方法。
技術介紹
壓電陶瓷，作為現代及其重要的高技術功能材料，其應用已遍及軍事、民用等各個領域，特別是超聲換能，傳感器，無損檢測和通訊技術等領域。近年來，伴隨著全世界對人類自身環境的認識，以鋯鈦酸鉛為主的含鉛壓電陶瓷中氧化鉛或四氧化三鉛占原材料的四分之三以上，給環境帶來不可預估的風險。所以，迫切需要尋找無鉛壓電材料代替傳統的鉛基壓電陶瓷材料。目前，研究的壓電陶瓷主要有鈣鈦礦結構、鉍層狀結構和鎢青銅結構的無鉛壓電陶瓷。一般來說，鉍層狀結構無鉛壓電陶瓷居里溫度較高，各向異性大而壓電活性較低。鎢青銅結構體系壓電陶瓷具有自發極化強度大、居里溫度高、介電常數低等特點，其成分與結構對其鐵電性能有重要影響。鈦酸鉍鈉無鉛壓電陶瓷發現于1960年，是為數不多的穩定復合鈣鈦礦結構之一，BNT陶瓷具有鐵電性強，壓電性能佳，介電常數小及聲學性能好等優良特征，被認為是最可能取代鉛基壓電陶瓷的無鉛壓電陶瓷體系之一，正得到廣泛研究。但純BNT陶瓷的矯頑場大，在鐵電相區電導率高，因而很難極化，而且純BNT的燒成溫度范圍較窄，故而使陶瓷致密性欠佳。BNT-BT-BKT 體系 “Hajime Nagata, Masaki Yoshida et el. Jpn J ApplPhys, 42 (2003) 7404. ”壓電常數較大，居里溫度高，但該體系的矯頑場和電導率仍然較大，充分極化需要的場強高達5、kV/mm。銀酸鉀鈉體系特別是文獻“Y.Saito, et al. ^Lead-Free Piezoceramics”，nature, 432(2004)84-87. ”采用傳統固相燒結方法制備了具有相對較高壓電性能的鈮酸鉀鈉鋰鉭銻無鉛壓電陶瓷，該方法制備的壓電陶瓷燒結溫度低于1100°C，但含有大量的鋰、鉀和鈉等揮發性元素，燒結過程較難致密且燒結性能不穩定。上述兩種由于各自固有的缺點，距離實際應用還有一定的差距，現在文獻中還未見以BNT-BT-BKT為基體摻雜KNNLST壓電陶瓷的電性能和制備工藝報道。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，克服現有技術的缺點和不足，提供一種具有良好的壓電系數、燒結性能穩定的BNT-BT-BKT基鈣鈦礦體系多元體系高壓電性能壓電陶瓷制備及其制備方法。本專利技術通過如下技術方案予以實現。一種BNT-BT-BKT基鈣鈦礦體系多元無鉛壓電陶瓷，其原料組分及其摩爾百分比3為(1-x) _χ [ (Na。. 52K0.44Li0.04) (Nb。. 88Sb0.08Ta0.04)O3]，式中 x=0. 001 0· 05，a=0. 8 O. 9，b+c=l_a, O. 5<b+c<0. 9。上述BNT-BT-BKT基鈣鈦礦體系多元無鉛壓電陶瓷的制備方法，步驟為(I)用 K2CO3, Na2CO3, TiO2, Bi2O3 和 BaC03 為初始原料，按 a(Bi0.5Na0.5)Ti03-bBaTi03-c (Bi0.5K0.5) TiO3 簡寫為 BNT-BT-BKT 進行配料，式中 a=0. 8 O. 9，b+c=l_a ;經球磨混合、預燒獲得BNT-BT-BKT陶瓷粉末，其中預燒溫度為850°C ；(2)用 Li2CO3, K2CO3, Na2CO3, Nb2O5, Ta2O5 和 Sb2O3 為初始原料，按(Naa52Ka44Liao4)(Nba88Sbatl8Taatl4) O3簡寫為KNNLST進行配料，經球磨混合、預燒獲得KNNLST陶瓷粉末，其中預燒溫度為850°C ；(3)按(1-x) (BNT-BT-BKT)-x (KNNLST)，式中 x=0. 001 O. 05，將步驟(I)和步驟(2)制備的BNT-BT-BKT和KNNLST陶瓷粉末按比例混合，經球磨混合，干燥，得到多元體系陶瓷粉末；(4)在步驟(3)得到的多元體系陶瓷粉末滴加聚乙烯醇二甲醛酒精溶液作為粘結劑在研缽中研磨，其中聚乙烯醇二甲醛的質量百分比為廣10%;(5)將步驟(4)的BNT-BT-BKT-KNNLST混合粒倒入磨具，壓膜成型為坯體；(6)將步驟(5)的坯體置于馬弗爐中進行排膠，以5°C /min的升溫速率升溫至600。。，保溫lOmin，隨爐冷卻；(7)將步驟(6)排膠后的坯體置于馬弗爐中，以5°C /min的升溫速率升溫至1040 1140°C燒結，保溫I 2h，隨爐冷卻，獲得BNT-BT-BKT-KNNLST鈣鈦礦體系多元無鉛壓電陶瓷制品；(8)將步驟(7)的鈣鈦礦體系多元無鉛壓電陶瓷制品涂覆低溫銀漿，于700°C保溫IOmin,制成電極；(9)將步驟(7)制備的電極片進入硅油中極化。所述步驟(I)和(2)的球磨時間為6h。所述步驟(5)壓膜成型的壓力為65 130MPa。所述步驟(7)優選的燒結溫度為1300 1400°C。所述步驟(9)的極化時間為l(T30min，極化電場為2 4KV/mm。本專利技術的有益效果是，采用鈦酸鉍鈉-鈦酸鋇-鈦酸鉍鉀為基體摻雜鈮酸鉀鈉鋰鉭銻制備含九種元素的鈣鈦礦體系無鉛壓電陶瓷，僅包含鈣鈦礦結構，無雜相出現，壓電常數 d33 為 167 238pC/N。附圖說明圖I為本專利技術實例I的X射線衍射圖譜；圖2為本專利技術實例2的掃描電鏡圖片。具體實施例方式本專利技術所使用的碳酸鋇(BaC03)、氧化鉍(Bi2O3)、二氧化鈦(Ti02)、碳酸鋰(Li2CO3)、碳酸鈉(Na2CO3)、碳酸鉀(K2CO3)、五氧化二鈮(Nb2O5)、五氧化二銻(Sb2O5)、五氧化二鉭(Ta2O5)等原料均為市售的化學純試劑。具體實施例如下。實施例I本實施例的的基體組分為O. 88 (Bia5Naa5) TiO3-O. 0305BaTi03_0. 0895 (Bi0.5K0.5)TiO3，另一組分為(Naa52Ka44Liatl4) (Nb0.88Sb0.08Ta0.04) 03。第一步，用分析純級質量百分比為B2i03，TiO2, Na2CO3, K2CO3,和BaCO3按O.88 (Bi0.5Na0.5) TiO3-O. 0305BaTi03_0. 0895 (Bi0.5K0.5) TiO3 化學計量比進行配料。將配好的原料在無水乙醇中球磨6h，100°C下保溫2h，烘干粉料后，在850°C預燒，保溫2h，得到 BNT-BT-BKT 粉料。用 Li2CO3, K2CO3, Na2CO3, Nb2O5, Ta2O5 和 Sb2O3 按(Na0 52K0 44Li0 04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3化學計量比進行配料,將配好的原料在無水乙醇介質中球磨6h，100°C下保溫2h，烘干后，于850°C預燒，保溫2h，得到KNNLST粉料。第二步，制備(1-x)(BNT-BT-BKT)-xKNNLST 粉料。以第一步獲得的 BNT-BT-BKT 和KNNLST按x=0. 02比例稱量，在無水乙醇介質中球磨6h，于100°C下保溫2h，烘干粉料，得到O.98 (BNT-BT-BKT) -O. 02KNNLST 粉料。第三步成本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種BNT？BT？BKT基鈣鈦礦體系多元無鉛壓電陶瓷，其原料組分及其摩爾百分比為(1？x)[a(Bi0.5Na0.5)TiO3？bBaTiO3？c(Bi0.5K0.5)TiO3]？x[(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3]，式中x=0.001~0.05，a=0.8~0.9，b+c=1？a，0.5燒溫度為850℃；(3)按(1？x)（BNT？BT？BKT）？x（KNNLST），式中x=0.001~0.05，將步驟(1)和步驟(2)制備的BNT？BT？BKT和KNNLST陶瓷粉末按比例混合，經球磨混合，干燥，得到多元體系陶瓷粉末；(4)在步驟(3)得到的多元體系陶瓷粉末滴加聚乙烯醇二甲醛酒精溶液作為粘結劑在研缽中研磨，其中聚乙烯醇二甲醛的質量百分比為1~10%；(5)將步驟(4)的BNT？BT？BKT？KNNLST混合粒倒入磨具，壓膜成型為坯體；(6)將步驟(5)的坯體置于馬弗爐中進行排膠，以5℃/min的升溫速率升溫至600℃，保溫10min，隨爐冷卻；(7)將步驟(6)排膠后的坯體置于馬弗爐中，以5℃/min的升溫速率升溫至1040～1140℃，保溫1~2h燒結，隨爐冷卻，獲得BNT？BT？BKT？KNNLST鈣鈦礦體系多元無鉛壓電陶瓷制品；(8)將步驟(7)的鈣鈦礦體系多元無鉛壓電陶瓷制品涂覆低溫銀漿，于700℃保溫10min，制成電極；(9)將步驟(7)制備的電極片進入硅油中極化。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：戴葉婧，許威，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：