陶瓷制造技術

本發明專利技術涉及一種包含固溶體（或基本上由其組成）的陶瓷，所述固溶體含有Bi、K、Ti和Fe（以及可選地Pb），所述陶瓷表現出壓電行為。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種包含固溶體(或基本上由其組成)的陶瓷，所述固溶體含有B1、K、Ti和Fe (以及可選地Pb)，所述陶瓷表現出壓電行為。
技術介紹
基于對被施加的機械應變的響應，壓電材料產生電場。該效應歸因于材料內極化密度的改變。在壓電效應是可逆的情況下，當電場被施加于材料時可以誘導出應力或應變。這些性質被用于壓電傳感器和驅動器，它們被廣泛使用于一些具體的應用程序和儀器中。使用壓電材料的例子包括醫療超聲和聲納、聲學、振動控制、火花點火器和(最近的)柴油燃油噴射。具有鈣鈦礦或者鎢青銅結構的一類陶瓷表現出壓電行為。已有許多含鉛的鈣鈦礦結構陶瓷的例子。例如，鋯鈦酸鉛(？13[21'!￡111_!￡]030〈1〈1)，即眾所周知的？21'，它表現出顯著的壓電效應，且是目前使用中最普通的壓電陶瓷。然而它具有僅約200° C的最高工作溫度。W0-A-2006/032872公開了含鉛的鈣鈦礦化合物(BiFeO3)x- (PbTiO3) ，它表現出壓電行為。含鉛裝置的毒性正日益受到 關注，這種關注也體現在環保法規和政策上。結果表明對無鉛壓電材料是越來越大的興趣。已知的無鉛壓電材料有NaNb03、BiFeO3^(Bil72Nal72) TiO3> (Bi1/2K1/2)Ti03、BaTiO3'KNbO3 和固溶體如(Biv2Na1JTiO3-(Biv2Kv2)TiO3-BaTi03> (Bi1/2Na1/2) TiO3-(Bi1/2K1/2) TiO3-BiFeO3 (見 Zhou et al, Mat.Chem.&Phys., 114,2009,832-836)、(Bi1/2Na1/2)TiO3-(Bi1/2K1/2)TiO3, (Bil72Kl72)TiO3-BaTiO3,(Bi1/2Na1/2) TiO3-BaTiO3、(Bi1/2Na1/2) TiO3-BaTiO3-BiFeO3 (見 Nagata et al, Ferroelectrics, 229，IssuelMayl999, 273-278)以及(K, Na) NbO30JP-2008-069051 公開了一種含有 x (BiaK1J TiO3-(l_x) BiFeO3 和相當比例的非鈣鈦礦三元氧化物如Bi2Fe4O9和Bi3Ti4O12的壓電陶瓷。當x是0.3時該陶瓷報道的最高居里點為480° C。
技術實現思路
本專利技術是基于這樣的認識:通式為X(BiaK1JTi03-yBiFe03-z PbTiO3(如x(BiaK1JTiO3-(1-X)BiFeO3 (下文為xKBT-1-xBF))的固溶體基本上不含非鈣鈦礦相，通常表現出高的居里點(Curie point)和/或優異的壓電活性。因此，從第一個方面看，本專利技術提供了一種陶瓷，其包含如下通式的固溶體(例如，基本上由其組成或由其組成):X (BiaK1J TiO3 - y BiFeO3 - z PbTiO3其中，0.4 彡 a 彡 0.6 ;0〈χ〈1 ；0<y<l ；O 彡 z 彡 0.5;且x+y+z=l,其中，所述陶瓷基本上不含非鈣鈦礦相。通常情況下，本專利技術的陶瓷有利地表現出超過350° C的居里點，但一般為700° C或更多。優選地，所述陶瓷基本上由固溶體組成。例如，該固溶體在陶瓷中的含量可以為50wt%或更多(例如在50-99wt%的范圍內)，優選地為75wt%或更多，特別優選地為90wt%或更多，更優選地為95wt %或更多。優選地，所述陶瓷還包含一種或多種鈣鈦礦相。特別優選地，所述(或每個)鈣鈦礦相選自由(BiaK1J Ti03、BiTi03、KTi03、BiFe03和PbTiO3組成的組中。所述(或每個)鈣鈦礦相存在的量可以為75wt%或更少，優選地為50wt%或更少，特別優選地為25被％或更少，更優選地為5wt%或更少。所述(或每個)鈣鈦礦相可以痕量地存在。非鈣鈦礦相可以是混合B1、K、T1、Fe或Pb中的兩種或多種(例如三種)的金屬相。例子包括 Bi2O3' K2O, Bi2Fe4O9 和 Bi3Ti4O120所述陶瓷中存在的非鈣鈦礦相的量可以是其相位在X-射線衍射圖案中是無法識別的。所述陶瓷中存在的非鈣鈦礦相的量可以是痕量。優選地，所述陶瓷中存在的非鈣鈦礦相的總量是小于10wt%，特別優選地是小于8wt%,更優選地是小于5wt%,再更優選地是小于2wt%,仍再更優選地是小于Iwt %,最優選地是小于0.1wt%。所述固溶體可以是部分的固溶體。優選地，所述固溶體是完全的固溶體。所述固溶體可以基本上是單相的。所述固溶體可以是雙相的。優選地，所述固溶體具有由三方相、單斜相、正交相以及四方相組成的組中的兩個。所述固溶體可以具有三方相和單斜相。所述固溶體可以具有三方相和正交相。優選地，所述固溶體具有四方相和三方相。優選地， 彡z彡0.3。在優選的具體實施方式中，z為O。優選地，該具體實施方式中所述的陶瓷包含如下通式的固溶體(例如，基本上由其組成或由其組成):X (BiaK1-J TiO3-(1-X) BiFeO3其中，a是在0.4-0.6的范圍內，x是0.01-0.99的范圍內；其中，所述陶瓷是基本上不含非鈣鈦礦相。所述固溶體可以是(BiaK1JTiO3固溶在BiFeO3中。所述固溶體可以是BiFeO3固溶在(BiaK1JTiO3 中。優選地，X在0.1到0.9的范圍內。特別優選地，X在0.7到0.9的范圍內。在這個范圍內特別優選地是四方相和三方相的雙相固溶體。特別優選地，X是在0.1到0.4的范圍內。在此范圍內的所述陶瓷表現出令人驚奇的高居里點，并且在高溫環境下是潛在有用的。特別優選地，X是在0.5到0.6的范圍內。優選地，a是在0.45到0.55的范圍內。 特別優選地，a是在0.48至0.52的范圍內。更優選地，a為0.50。在所述固溶體中，一個或多個B1、K、Fe和Ti中的可以被金屬摻雜劑替代。每種替代的金屬摻雜劑可以是相同的或不同的。金屬摻雜劑的存在可以顯著地和不可預知地影響所述固溶體的性能。例如，可以是提高居里點和/或壓電活性。所述(或每個)金屬摻雜劑存在的量可以高達50at%，優選地高達20at%，特別優選地多達10at%,更特別優選地高達5at%,仍更優選地高達3at%,最優選地高達Iat %。所述金屬摻雜劑可以是A位金屬摻雜劑。例如,所述A位金屬摻雜劑可以替代Bi和/或K。優選地，所述A位金屬摻雜劑是選自由L1、Na、Ca、Sr、Ba及稀土金屬組成的組。所述金屬摻雜劑可以是B位金屬摻雜劑。例如,所述B位金屬摻雜劑可替代Fe和/ 或 Ti。優選的A位金屬摻雜劑是Li或Na。Li或Na在A位上的替代可以改變(例如增加)居里點和/或有利地移動任何雙相固溶體的相組分(例如三方相-四方相固溶體)。優選的A位金屬摻 雜劑是Ca、Sr或Ba。Ca、Sr或Ba在A位上的替代可以降低介電損耗，改變(例如增加)居里點和/或有利地移動任何雙相固溶體的相組分(例如三方相-四方相固溶體)。優選的A位金屬摻雜劑是稀土金屬。特別優選的A位金屬摻雜劑是La或Nd。通常情況下，La或Nd替代K。La或Nd的替代以犧牲居里點的情況下可以增加壓電活性。通過實施例的方法(對于給定本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.07.28 GB 1012637.3;2011.01.17 GB 1100696.21.一種包含固溶體的陶瓷，所述固溶體的通式為:X (BiaK1J TiO3 - y BiFeO3 - z PbTiO3 其中，0.4≤a ≤0.6 ;0〈χ〈1 ；0<y<l ； O≤z≤0.5 ;且 x+y+z=l, 其中，所述陶瓷基本上不含非鈣鈦礦相。2.如權利要求1所述的陶瓷，其中O彡z彡0.3。3.如權利要求1或2所述的陶瓷，包含如下通式的固溶體:X(BiaKh)TiO3- (1-X)BiFeO3 其中a在0.4-0.6的范圍，X在0.01-0.99的范圍，其中所述陶瓷基本上不含非鈣鈦礦相。4.一種如前述任一權利要求中所述的陶瓷，還包含一個或多個選自由(BiaK1JTiOyBiTiO3^ KTiO3^BiFeO3和PbTiO3組成的組中的鈣鈦礦相。5.一種如前述任一權利要求中所述的陶瓷，其中所述固溶體具有由三方相、單斜相、正交相和四方相組成的組中的兩個。6.—種如前述任一權利要求中所述的陶瓷，其中，X在0.7-0.9的范圍。7.一種如權利要求1-5中任一所述的陶瓷，其中，X在0.1-0.4的范圍。8.—種如權利要求1-5中任一所述的陶瓷,其中，X在0.5-0.6的范圍。9.一種如前述任一權利要求中所述的陶瓷，其中，a為0.50。10.一種如前述任一權利要求中所述的陶瓷，其中所述固溶體中，Bi和/或K被選自由L1、Na、Ca、Sr、Ba和稀土金屬組成的組中的A位金屬摻雜劑替代。11.一種如前述任一權利要求中所述的陶瓷，其中所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：安德魯·約翰·貝爾，蒂莫西·科明，
申請(專利權)人：利茲大學，
類型：
國別省市：