一种具有宽温度稳定性电致伸缩应变陶瓷材料及其制备方法与流程

本发明属于压电陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种具有宽温度稳定性电致伸缩应变陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

在高精度驱动器中，微米或者纳米级级别的应变往往通过对压电材料施加一个电压产生。常用的压电材料多为压电陶瓷，这样的一种材料因为其在室温下为铁电相，因此当施加电压和去除电压的时候，因为其中畴壁的转动就会导致应变产生很强烈的滞回效应。这样的一种效应对于应变控制的驱动器而言，是不希望得到的。而如果通过电致伸缩效应来产生应变，因为该效应在铁电材料的顺电相中也可以存在，那么在顺电相中我们就可以得到纯的没有滞回的电致伸缩应变，从而在很大程度上降低应变的滞回。另外温度稳定性也是对材料性能评估的一个重要指标，应变的性能随温度表现出很大的波动，对于应用而言是难以接受的。因此具有宽温度稳定性和无滞回电致伸缩应变的材料在高精度驱动器的制备上具有重要的价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有宽温度稳定性电致伸缩应变陶瓷材料及其制备方法，该方法步骤简单、易于操作、重复性好；该陶瓷材料致密度高，具有宽温度稳定性的介电常数和电致伸缩应变。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种具有宽温度稳定性电致伸缩应变陶瓷材料，该陶瓷材料的化学组成式为：0.9batio3+0.08bi(li0.5nb0.5)o3+0.02srtio3。

优选地，该陶瓷材料在30～120℃之间：介电常数为1400～1600，变化率小于12.5％；电致伸缩应变为0.023％～0.025％，变化率小于8％。

本发明还公开了具有宽温度稳定性电致伸缩应变陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按2:1:1的摩尔比，取原料bi2o3，li2co3和nb2o5，球磨混合均匀，制得混合料，将混合料烘干、研磨、过筛后，于650℃下进行预烧，保温6h，冷却至室温，再次球磨，制得bi(li0.5nb0.5)o3；

2)按0.9:0.08:0.02的摩尔比，取batio3，bi(li0.5nb0.5)o3和srtio3，球磨混合均匀后烘干、研磨、过筛；

3)将步骤2)制得的产物加入产物质量5％的聚乙烯醇溶液，混合均匀后，过60～100目筛，得粉料；

4)将粉料静置24h后，压制成型，制得坯体，将坯体于600℃下，保温2h，排除有机物；

5)将步骤4)处理后的坯体于1350℃中烧结，保温4h，随炉自然冷却至室温，制得陶瓷片；

6)将陶瓷片打磨、晾干后在其上下表面涂覆银浆，于600℃下保温处理20min，冷却至室温，制得具有宽温度稳定性电致伸缩应变陶瓷材料。

优选地，步骤1)和步骤2)中，所述球磨是将原料放入球磨罐中，加入球磨溶剂异丙醇和氧化锆球，以250转/分，球磨6h。

优选地，步骤1)和步骤2)中，烘干是在80℃下进行，研磨后过80目筛。

优选地，步骤3)中，加入的聚乙烯醇溶液的浓度为5％。

优选地，步骤4)中，是将粉料放入直径为8mm的不锈钢模具中，在250mpa压力下压成圆柱状的坯体。

优选地，步骤5)中，是将坯体置于坩埚中，加盖，用同类粉料做埋料埋烧进行烧结。

优选地，步骤5)中，将陶瓷片打磨至厚度为0.8mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的具有宽温度稳定性电致伸缩应变陶瓷材料，化学组成为：0.9batio3+0.08bi(li0.5nb0.5)o3+0.02srtio3。该材料体系可以在较低的温度下采用固相反应法制备合成，合成的陶瓷材料致密度高、具有高温度稳定性介电性能和电致伸缩应变性能，因此可以作为高精度驱动器的核心材料，具有重要的应用价值和经济价值。

进一步地，本发明的陶瓷材料在30～120℃之间，介电常数最大值为1600，最小值为1400，变化率小于12.5％。电致伸缩应变最大值为0.025％，最小值为0.023％，变化率小于8％。

本发明公开的具有宽温度稳定性电致伸缩应变陶瓷材料的制备方法，在较低的温度下(烧结温度低1350℃)采用固相反应法制备，工艺步骤简单，易于操作，重复性好，可控性强。

附图说明

图1为实施例1制得的bbs样品在30～120℃之间的介电常数随温度变化曲线；

图2为实施例1的bbs样品样品在30～120℃之间应变与电场关系；

图3为实施例1的bbs样品在30～120℃之间的电致伸缩应变(50kv/cm电场下)随温度变化曲线。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

一种具有宽温度稳定性电致伸缩应变陶瓷材料，该陶瓷材料的化学组成由通式为：0.9batio3+0.08bi(li0.5nb0.5)o3+0.02srtio3，简称bbs。

上述具有宽温度稳定性电致伸缩应变陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照摩尔比例2:1:1称取bi2o3，li2co3和nb2o5，将称取的原料混合后放入球磨罐中，加入球磨溶剂异丙醇和氧化锆球，球磨6小时，球磨转速为250转/分，再将混合料放入烘箱内80℃烘干，在放入研钵内研磨，过80目筛；在马弗炉中于650℃进行预烧，保温6小时，自然冷却到室温，出炉；再次球磨，合成bi(li0.5nb0.5)o3。

2)按照摩尔比例0.9:0.08:0.02称取batio3，bi(li0.5nb0.5)o3与srtio3，将称取的原料混合后放入球磨罐中，加入球磨溶剂异丙醇和氧化锆球，球磨6小时，球磨转速为250转/分，再将混合料放入烘箱内80℃烘干，在放入研钵内研磨，过80目筛；

3)将步骤2)烘干的粉料在研钵中研细，过筛，加入质量百分比为5％的聚乙烯醇(pva)溶液，该溶液浓度为5％，混合均匀，过筛取60～100目之间的粉料；

4)将步骤3)中造粒后的粉料静置24小时，再将粉料放入直径为8mm的不锈钢模具中，在250mpa压力下压成圆柱状坯件；

5)将步骤4)中的坯体放入马弗炉中，温度升至600℃，保温2小时，进行有机物排除；

6)将步骤5)中排胶后的坯体放入坩埚中，加盖，用同类粉料做埋料埋烧，在1350℃中烧结，保温4小时，随炉自然冷却至室温；

7)将步骤6)中烧好的陶瓷片打磨至厚度为0.8mm，自然晾干，在其上下表面涂覆银浆，置于炉中升温至600℃，保温20min，自然冷却至室温；测试样品的介电性能和应变性能。

参见图1，为实施例1制得的bbs样品在30～120℃之间的介电常数随温度的变化关系。可以看出，在该温度范围内，介电常数十分稳定，最大值1600，最小值1400，变化率小于12.5％。

参见图2，为实施例1的bbs样品在30～120℃之间的应变随温度的变化关系。最大测试电场为50kv/cm，测试频率为1hz。可以看出，bbs样品随电场的增加而增加，在电压从零到最大值再到零值的过程中，应变曲线表现出很小的滞回，符合高精度应变控制的要求。

参见图3，为实施例1的bbs样品在50kv/cm电场下的最大应变值随温度的变化关系。可以看出，在30～120℃之间，该样品的应变表现出很好的温度稳定性，最大值0.025％，最小值0.023，变化率小于8％。

综上所述，本发明提供的一种具有宽温度稳定性电致伸缩应变陶瓷材料及其制备方法，该材料体系可以在较低的温度下采用固相反应法制备合成。该陶瓷材料致密度高、具有宽温度稳定性的介电常数和电致伸缩应变。在30～120℃之间，介电常数最大值为1600，最小值为1400，变化率小于12.5％。电致伸缩应变最大值为0.025％，最小值为0.023％，变化率小于8％。本发明的成分及工艺步骤简单、易于操作、重复性好。可以应用于对温度稳定性有高要求的高精度驱动器上，具有重大的经济价值。