大应变低驱动电场弛豫-铁电复合无铅压电陶瓷及其制备方法_2

文档序号:9446190阅读:来源:国知局
电陶瓷,由弛豫型无铅压电陶瓷A和铁电无铅陶瓷B复合而成,A和B的化学成分符合如下化学式:A的成分为:(In)Biο 5Na0 ST13-X1Bi0 5K0 ST13-Y1AgNbO3,0.16 < X1^i 0.22,0.01 < y 0.03 ;或(l-χ 2-y2)Bi0.5Na0.5Ti03-x2BaTi03-y2AgNb03,0.05 ( X2^ 0.07,0.01 ^ y 0.03 ;B 的成分为:(1-z)Bi0 5Na0 5Ti03-zBaTi03,0.05 z 0.07,或(1-W)Bi0 5Na0 5T13-wBi0 5K0 5T13,0.16 ^ w ^ 0.22。
[0026]进一步的,A与B的混合的体积比例为90:10-50:50。
[0027]进一步的,该压电陶瓷在4kV/mm的驱动电场下具有0.22% -0.32%的电致应变。
[0028]通过在大应变的钛酸铋钠-钛酸铋钾-铌酸银或者钛酸铋钠-钛酸钡-铌酸银三元弛豫型无铅压电陶瓷加入钛酸铋钠钾或者钛酸铋钠-钛酸钡二元铁电相使弛豫型陶瓷基体在保持大应变的同时,其驱动电场有效降低。基本思路是在低介电常数的弛豫型压电基体中,混入具有高介电常数的铁电颗粒,烧结成0-3型复合陶瓷,如果将铁电相和弛豫相等效为相互串联的电容,在外加电场下复合陶瓷的内部电场会出现非均匀分布,高介电的铁电颗粒内部的电场会比外加场低,而低介电的弛豫基体的电场将比外加场高,这样使弛豫基体更易于发生电致相变,从而将驱动电场由8kV/_降低至4kV/mm。
[0029]具体步骤如下:
[0030]I)按照化学计量比称量 BaC03、T12, Na2CO3, K2CO3, Bi2O3, Nb2O5和 Ag 2C03原料后,分别在乙醇介质下进行球磨混合,烘干后分别得到弛豫型无铅压电陶瓷粉体A和铁电无铅陶瓷粉体B的原料粉末;
[0031]其中得到的弛豫型无铅压电陶瓷粉体A的成分为:(l-Xl-yi)Bia5Naa5T13-X1Bill5Kο ST13-Y1AgNbO3,0.16 X1^i 0.22,0.01 y ^ 0.03 ;或(l_x 2-y2)Bia5Naa5T13-X2BaT13-y2AgNb03,0.05 < χ2^Ξ 0.07,0.01 < y 0.03 ;
[0032]铁电无铅陶瓷粉体B 的成分为:(l-z)BiQ.5NaQ.5Ti03-zBaTi03,0.05 ^ z ^ 0.07,或(1-w) B1 5Na0 5T13-wBi0 5Κ0 5Τ13,0.16 w 0.22 ;
[0033]2)步骤I中A和B的原料粉末烘干,分别装入坩祸,放入马弗炉中,在空气气氛下以5°C /分钟的升温速率,升温至温度为800°C以及850°C下分别预烧2小时和I小时,得到预烧后的弛豫型无铅压电陶瓷粉体A和预烧后的铁电无铅陶瓷粉体B ;
[0034]3)预烧后的弛豫型无铅压电陶瓷粉体A和预烧后的铁电无铅陶瓷粉体B,经过手工碾磨后以乙醇为介质分别球磨24小时,干燥后,分别放入带盖坩祸在1080-1120°C下预烧3小时,分别得到纯相的弛豫铁电陶瓷粉体A和铁电陶瓷粉体B ;
[0035]4)步骤3中纯相的弛豫铁电陶瓷粉体A和铁电陶瓷粉体B,分别手工碾磨后,按照摩尔百分比,将10-50Vol %的铁电无铅陶瓷B与90-50Vol %的弛豫型无铅压电陶瓷A进行混合,然后以乙醇为介质球磨24小时后干燥即得到混合粉体C ;
[0036]5)混合粉体C通过PVA造粒后在120MPa压力下干压成型,在空气气氛中1100-1140°C下烧结I小时,升温和降温速率为8-12°C /分钟,即得到0_3型弛豫-铁电复合无铅压电陶瓷;
[0037]6)步骤5所述的0-3型弛豫-铁电复合无铅压电陶瓷,经打磨表面后刷银电极,即可测试性能。
[0038]实施例1
[0039]按照通式(In)Bia5Naa5T13-X1Bia5Ka J13I1AgNbO3表示的钛酸铋钠-钛酸铋钾-铌酸银三元弛豫型无铅压电陶瓷含量进行配料,以传统固相法制备出弛豫型陶瓷粉体A,按照通式(1-Z)Bia5Naa5T13-ZBaT13W传统固相法制备出钛酸铋钠_钛酸钡铁电陶瓷粉体 B ;当 xl = 0.18,yl = 0.02,z = 0.06 时,A 为 0.80Bi0.5Na0.5Ti03-0.18Bi0.5K0.5Ti03-0.02AgNb03,B 为 0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03,将 20%体积比的 B 粉体混合到 80%体积比的A粉体中,经过球磨混合、干燥、造粒和干压成片状后在空气气氛下1120°C烧结I小时后,所得到的弛豫-铁电复合陶瓷,表面打磨并被银电极后在4kV/mm频率0.1Hz的三角波下测试其单极应变为0.25%。复合无铅压电陶瓷的X射线衍射图谱如图1所示。
[0040]实施例2
[0041]按照通式(In)Bia5Naa5T13-X1Bia5Ka J13I1AgNbO3表示的钛酸铋钠-钛酸铋钾-铌酸银三元弛豫型无铅压电陶瓷含量进行配料,以传统固相法制备出弛豫型陶瓷粉体A,按照通式(1-Z)Bia5Naa5T13-ZBaT13W传统固相法制备出钛酸铋钠_钛酸钡铁电陶瓷粉体 B ;当 xl = 0.20,yl = 0.03,z = 0.06 时,A 为 0.77Bia5Na0.5Ti03_0.20Bia5K0.5Ti03-0.03AgNb03,B 为 0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03,将 30%体积比的 B 粉体混合到 80%体积比的A粉体中,经过球磨混合、干燥、造粒和干压成片状后在空气气氛下1130°C烧结I小时后,所得到的弛豫-铁电复合陶瓷,表面打磨并被银电极后在4kV/mm频率0.1Hz的三角波下测试其单极应变为0.30%。
[0042]实施例3
[0043]按照通式(In)Bia5Naa5T13-X1Bia5Ka J13I1AgNbO3表示的钛酸铋钠-钛酸铋钾-铌酸银三元弛豫型无铅压电陶瓷含量进行配料,以传统固相法制备出弛豫型陶瓷粉体A,按照通式(1-Z)Bia5Naa5T13-ZBaT13W传统固相法制备出钛酸铋钠_钛酸钡铁电陶瓷粉体 B ;当 xl = 0.21,yl = 0.03,z = 0.07 时,A 为 0.76Bi0.5Na0.5Ti03-0.21Bi0.5K0.5Ti03-0.03AgNb03,B 为 0.93Bi0.5Na0.5Ti03-0.07BaTi03,将 30%体积比的 B 粉体混合到 70%体积比的A粉体中,经过球磨混合、干燥、造粒和干压成片状后在空气气氛下1140°C烧结I小时后,所得到的弛豫-铁电复合陶瓷,表面打磨并被银电极后在4kV/mm频率0.1Hz的三角波下测试其单极应变为0.31%。复合无铅压电陶瓷的介电常数随温度变化的曲线如图2所不O
[0044]实施例4
[0045]按照通式(In)Bia5Naa J13-X1Bia5Ka5T13I1AgNbO3表示的钛酸铋钠-钛酸铋钾-铌酸银三元弛豫型无铅压电陶瓷含量进行配料,以传统固相法制备出弛豫型陶瓷粉体A,按照通式(1-w) Bia5Naa5T13-WBia5Ka5T13H传统固相法制备出钛酸铋钠_钛酸铋钾铁电陶瓷粉体 B ;当 xl = 0.16,yl = 0.03,w = 0.18 时,A 为 0.8IBia5Naa5T13-0.16Bi0.5Ka5T13-0.03AgNb03,B 为 0.82Bi0.5Na0.5Ti03-0, 18Bia5KQ.5Ti03,将 25%体积比的 B 粉体混合到75 %体积比的A粉体中,经过球磨混合、干燥、造粒和干压成片状后在空气气氛下1120 °C烧结I小时后,所得到的弛豫-铁电复合陶瓷,表面打磨并被银电极后在4kV/mm频率0.1Hz的三角波下测试其单极应变为0.29%。
[0046]实施例5
[0047]按照通式(In)Bia5Naa5T13-X1Bia5Ka J13I1AgNbO3表示的钛酸铋钠-钛酸铋钾-铌酸银三元弛豫型无铅压电陶瓷含量进行配料,以传统固相法制备出弛豫型陶瓷粉体A,按照通式(1-w) Bia5Naa5T13-WBia5Ka5T13H传统固相法制备出钛酸铋钠_钛酸铋钾铁电陶瓷粉体 B ;当 xl = 0.17,yl = 0.02,w = 0.19 时,A 为 0.8IBia5Naa5T13-0.17Bi0.5Ka5T13-0.02AgNb03,B 为 0.8IBia5Naa5T13-0.19Bia5KQ.5Ti03,将 35%体积比的 B 粉体混合到65 %体积比的A粉体中,经过球磨混合、干燥、造粒和干压成片状后在空气气氛下1130 °C烧结I小时后,所得到的弛豫-铁电复合陶瓷,表面打磨并被银电极后在4kV/mm频率0.1Hz的三角波下测试其单极应变为0.28%。复合无铅压电陶瓷在室温下的电滞回线如图3。
[0048]实施例6
[0049]按照通式(In)Bia5Naa J13-X1Bia5Ka5T13I1AgNbO3表示的钛酸铋钠-钛酸铋钾-铌酸银三元弛豫型无铅压电陶瓷含量进行配料,以传统固相法制备出弛豫型陶瓷粉体A,按照通式(1-w) Bia5Naa5T13-WBia5Ka5T13H传统固相法制备出钛酸铋钠_钛酸铋钾铁电陶瓷粉体 B ;当 xl = 0.20,yl = 0.03,w = 0.21 时,A 为 0.77Bia5Naa5Ti03-0.20Bi0.5Ka5T13-0.03AgNb03,B 为 0.79Bi0.5Na0.5Ti03-0, 21Bia5KQ.5Ti03,将 30%体积比的 B 粉体混合到70 %体积比的A粉体中,经过球磨混合、干燥、造粒和干压成片状后在空气气氛下1140°C烧结I小时后,所得到的弛豫-铁电复合陶瓷,表面打磨并被银电极后在4kv/mm频率0.1Hz的三
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