专利名称：B位复合钙钛矿结构化合物组成的无铅压电陶瓷的制作方法
技术领域：
本发明涉及压电陶瓷材料，具体是B位复合钙钛 矿结构化合物组成的无铅压电陶
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背景技术：
压电陶瓷应用广泛于换能器、微位移器、传感器、谐振器及滤波器等领域，是一种不可或缺的高技术新材料之一。目前，全球在大量使用的压电陶瓷是传统的含铅压电陶瓷 (如锆钛酸铅PZT)，这些材料中氧化铅含量约占60%以上。由于铅的易挥发性，在生产、制备、使用及废弃处理中都会对空气、水源、环境等造成极大的污染。铅中毒造成的危害极大， 尤其是对儿童的智力造成很大损伤。随着环保意识的日益深入，国际上正积极通过法律、法规、政府指令等形式对含铅的电子产品加以禁止。因此开发绿色环保型压电陶瓷成为目前研究的热点。目前研究的无铅压电陶瓷体系中，钛酸铋钠(Nav2Bil72)TiO3 (简称NBT)和铌酸钾钠(Ka5Naa5NbO3, KNN)系压电陶瓷被认为是最有前途替代PZT的无铅压电材料。很多学者对这两个体系的压电陶瓷的A、B位取代，掺杂改性、制备方法与工艺改性做了大量工作，但其理论研究和技术问题等距离实际应用还有很大差距。因此还需开发新的实用性环保型压电陶瓷材料体系。由于Bi在元素周期表上与Pb相邻，具有相同的电子分布、相近的离子半径和分子量，因此，Bi基铁电体被认为具有良好的压电性能。同时，B位复合离子取代的PZT基压电陶瓷如Pb (Ti, Zr) O3-Pb (Mgl73Nb273) O3具有优良的压电性能。因此，新型B位复合Bi基铁电化合物也具有类似PZT基陶瓷优良的压电性能。因此，本专利提出来一种B位复合钙钛矿结构Bi (Lil73Me273) O3基无铅压电陶瓷。但现有文献还未有B位复合钙钛矿结构Bi (Lil73Me273) O3基无铅压电陶瓷的报道。
发明内容
本发明的目的是提供高性能、实用性、易于制备的新型B位复合钙钛矿结构化合物组成的无铅压电陶瓷及其制备方法。实现本发明目的的技术方案是B位复合钙钛矿结构无铅压电陶瓷分别用下述通式
(l-z)Bi (Lil73Me273) O3-^BaTi03+^Ma0b ； (l-x)Bi (Lil73Me273) 03~x (Na1/2Bi1/2) TiO3 +zMa0h ； (l-x-y) Bi (Lil73Me273) O3-XBaTiO3-^ (Na1/2Bi1/2) Ti03+^Ma0b ； (l-x-y) Bi (Lil73Me273) O3-XBaTiO3-J^ (K1/2Bi1/2) Ti03+^Ma0b ；
(l-x-j--F)Bi (Lil73Me273) O3 - ZBaTiO3-J (Na1/2Bi1/2) TiO3-K(K1/2Bi1/2) Ti03+zMa0b 来表示， 其中x、_F、z和r表示摩尔分数，0<χ<1·0，0〈,<1，0<Κ1，0彡乂 0. l，Me为四价金属元素， MaOb为一种或多种氧化物，其中M为+Γ+6价且能与氧形成固态氧化物的元素。四价元素Me为Ti、&、Hf、Sn和Mn中的一种或多种；一种或多种氧化物MaOb的M选自 La、Sm、Mn、Ce、Nd、Pm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Ge、Sc、In、Y、Lu、Al、Cu、Li、Na、 K、Ca、Sr、Mg、Zn、Ni、A g、Mn、Fe、Co、Cr 和 Sn 中的一种或几种。本发明的B位复合钙钛矿结构无铅压电陶瓷具有优良的压电性能，其压电常数^3 可达220 pC/N以上，机电耦合系数先可达0.4以上。可采用电子陶瓷制备技术与常规工业原料制备，工艺稳定性好，无需添加任何新设备即可在电子材料厂家实现生产，具有实用性。
具体实施例方式通过下面给出的实施例，可以进一步清楚的了解本发明的内容，但它们不是对本发明的限定。实施例1
制备成分为(1-广广》Bi (Lil73Me273)O3-XBaTiO3-^(Nal72Bil72)TiO3-F(Kl72Bil72)TiO3 +ZMaOb，其中 x=0. 05，尸0· 78，F=O. 12，z=0. 01 ；Me=90%Ti+10%Zr, M=Ce+La 的 B 位复合钙钛矿结构化合物组成的无铅压电陶瓷制备方法包括如下步骤
以分析纯 Bi203、Na2C03、BaCO3> K2CO3> Li2C03、ZrO, CeO2, La2O3 和 TiO2 为原料，分别按照以下化学式
{Ι-χ-y-v) Bi (Li1/3 Ti 2/3) O3-XBaTiO3-J^ (Na1/2Bi1/2) TiO3 -κ (K1/2Bi1/2) TiO3 (La203+Ce02)(其中 . 05，尸0· 78，v=0. 12,z=0. 01)
准确称量后，以无水乙醇为球磨介质球磨12 h，干燥后，900 °C下保温2 h合成，合成后的粉料烘干破碎过筛造粒后加入3 % WPVA溶液作为粘结剂，在100 MPa的压力下压制成直径Φ18 _，厚1 1. 5 _的圆坯，慢速升温(3 V /min)至600 °C保温2 h排胶，然后以200 V /h的升温速度，在1150 °C下烧结保温2 h，样品磨光后披银电极，在60 80 V 的硅油内极化，极化电压为3 4 kv/mm，极化时间为15 min。极化后的样品放置24 h再测试其性能。性能测量结果如下_
权利要求
1.一种B位复合钙钛矿结构化合物组成的无铅压电陶瓷，其特征是组成通式为 (l-x)Bi (Lil73Me273) 03-xBaTi03+^Ma0b,式中Me为一种或多种四价金属元素；MaOb为一种或多种氧化物，其中M为+广+6价且能与氧形成固态氧化物的元素#和ζ表示陶瓷体系中摩尔含量，其中0CK1. 0，O^z^O. 1，用常规电子陶瓷制备方法制成。
2.一种B位复合钙钛矿结构化合物组成的无铅压电陶瓷，其特征是组成通式为(Ii) Bi (Lil73Me273)O3-X (Nai/2Bi1/2)Ti03+zMa0b，式中 Me 为一种或多种四价金属元素；MaOb 为一种或多种氧化物，其中M为+广+6价且能与氧形成固态氧化物的元素#和ζ表示陶瓷体系中摩尔含量，其中0CK1. 0，O^z^O. 1，用常规电子陶瓷制备方法制成。
3.一种B位复合钙钛矿结构化合物组成的无铅压电陶瓷，其特征是组成通式为 (I-U) Bi (Lil73Me273) O3-XBaTiO3-J^(Nal72Bil72) TiO3 +zMa0b，式中 Me 为一种或多种四价金属元素；Ma0b为一种或多种氧化物，其中M为+广+6价且能与氧形成固态氧化物的元素#、 7和^表示陶瓷体系中摩尔含量，其中0CK1. 0，0< <1.0,0^^^0. Ι,χ+ _K1，用常规电子陶瓷制备方法制成。
4.一种B位复合钙钛矿结构化合物组成的无铅压电陶瓷，其特征是组成通式为 (I-H) Bi (Lil73Me273) O3-XBaTiO3-^ (Kl72Bil72) TiO3 +zMa0b，式中 Me 为一种或多种四价金属元素；Ma0b为一种或多种氧化物，其中M为+广+6价且能与氧形成固态氧化物的元素和ζ表示陶瓷体系中摩尔含量，其中0CK1. 0，0< J^ <1.0,0 ^ 0. 1, χ+ _K1，用常规电子陶瓷制备方法制成。
5.一种B位复合钙钛矿结构化合物组成的无铅压电陶瓷，其特征是组成通式为 {l-x-y-v) Bi (Lil73Me273) O3-^BaTiO3-J^ (Nal72Bi 1/2) TiO3-F (K1/2Bi1/2) Ti03+zMa0b，式中 Me 为一种或多种四价金属元素；Ma0b为一种或多种氧化物，其中M为+广+6价且能与氧形成固态氧化物的元素汪、_7和^表示陶瓷体系中摩尔含量，其中0<χ<1. 0，0<Κ1，0<Κ1，0彡ζ彡0. 1， X+ r <1，用常规电子陶瓷制备方法制成。
6.如权利要求1-5之一所述的无铅压电陶瓷，其特征是所述的四价元素为Ti、Zr、Hf、 Sn和Mn中的一种或多种。
7.如权利要求1-5之一所述的无铅压电陶瓷，其特征是所述的+广+6价且能与氧形成固态氧化物的元素为 La、Sm、Mn、Ce、Nd、Pm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Ge、Sc、In、Y、 Lu、Al、Cu、Li、Na、K、Ca、Sr、Mg、Zn、Ni、Ag、Mn、Fe、Co、Cr 和 Sn 中的一种或几种。
8.如权利要求1-7之一所述的无铅压电陶瓷的制备方法，包括湿磨、烘干、烧成瓷料、 第二次球磨、粘结压成圆片、空气中圆片烧结、砂磨、双面披银、极化，其特征是以无水乙醇为球磨介质球磨12 h，干燥后，850-900 °C下保温2 h合成，合成后的粉料烘干破碎过筛造粒后加入3 %的PVA溶液作为粘结剂，在100 MPa的压力下压制成圆坯，以3 °C /min慢速升温至600 °C保温2 h排胶，然后以200 V /h的升温速度，在1120-1150 °C下烧结保温2 h，样品磨光后披银电极，在60 80 V的硅油内极化，极化电压为3 4 kv/mm,极化时间为 15 min。
全文摘要
本发明公开了B位复合钙钛矿结构化合物组成的无铅压电陶瓷，成分以通式(1-x)Bi(Li1/3Me2/3)O3-xBaTiO3+zMaOb；(1-x)Bi(Li1/3Me2/3)O3-x(Na1/2Bi1/2)TiO3+zMaOb；(1-x-y)Bi(Li1/3Me2/3)O3-xBaTiO3-y(Na1/2Bi1/2)TiO3+zMaOb；(1-x-y)Bi(Li1/3Me2/3)O3-xBaTiO3-y(Na1/2Bi1/2)TiO3+zMaOb或(1-x-y-v)i(Li1/3Me2/3)O3-xBaTiO3-y(Na1/2Bi1/2)TiO3-v(K1/2Bi1/2)TiO3+zMaOb来表示的无铅压陶瓷，其中x、y、z和v表示摩尔分数，0<x<1.0，0<y<1，0<v<1，0≤z≤0.1，Me为一种或多种四价金属元素，MaOb为一种或多种氧化物，其中M为+1~+6价且能与氧形成固态氧化物的元素。本发明无铅压电陶瓷具有非常良好的压电、介电性能，与传统铅基压电陶瓷相比具有显著的优点，绿色环保，适应环境保护要求。
文档编号C04B35/622GK102285794SQ20111016242
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者周昌荣, 周沁, 成钧, 杨华斌, 袁昌来, 陈国华 申请人:桂林电子科技大学