一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及压电陶瓷材料的制备技术领域，具体地说，涉及一种高电阻率高温压 电陶瓷材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 钙钛矿结构压电陶瓷BiSc03-PbTi03 (BSPT)具有较高的居里温度（rc~450°C )，其 应用温度可以到达200°C，其温度应用范围比商用广泛的PZT体系压电陶瓷高出100°C(PZT 陶瓷的温度应用范围在l〇〇°C以下)，并BSPT在其应用温度范围内能够保持较高的压电性 能（43~450 pC/N)，该压电性能跟商用的PZT陶瓷相近。因此，BSPT陶瓷可以在石油勘探、 火焰探测、汽车尾气检测等传感器和换能器方面有教为突出的应用潜质。
[0003] 目前，BSPT陶瓷在高温应用存在电阻率偏小的问题，这导致在高温输出信号的不 稳定，电阻率作为陶瓷在电子元器件应用的一个重要参数应受到重点关注。特别是在高温 条件下，压电陶瓷的电阻率对漏电和介电损耗影响明显，这也直接对高温状态下的陶瓷的 稳定性产生影响。Zhang等（2005年，美国）采用固相法合成了锰掺杂BSPT陶瓷体系，研究 了高温电阻、介电常数和压电行为，发现在450°C条件下该陶瓷体系的电阻率为7Χ10 7Ω ·πι (Applied Physics Letters. 2005， 86: 26290426.)。
[0004] 在公开号为CN201210193860的发明专利中，公开了一种钛酸铋基高居里温度压电 陶瓷及其制备方法，该体系陶瓷居里温度高温于450°C，但是，其压电常数较小低于20pC/ N，信号输出需要采用叠片封装，这造成传感器的体积增加。美国专利US-2008/0134795A1 描述了一种铋层状CaBi 2Ni2AMA^温压电陶瓷的居里温度超过500°C，但是其压电系数毛 小于10pC/N，而且其高温电阻率并没有涉及。
[0005] 正如以上所介绍，高温压电器件构成的核心部件是高温压电陶瓷，其稳定性很大 程度依赖于陶瓷的电阻率。空位和缺陷是导致高温电阻率升高的主要因素。BSPT高温压电 陶瓷有远优于铋层状陶瓷的压电性能，高的介电常数，易烧结，适用于高温、低频电子整机 的应用。但是，该材料缺点是高温电阻率小，从而限制了其实际应用。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于，提供一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法，以解决上 述的技术问题。
[0007] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是： 一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述陶瓷材料的分子结构 为（1-1) (0· 88BiSc03-0. 12BiMnQ.5ZnQ.603)-fbTi0 3,其中 j-0. 55~0· 75 ;所述陶瓷材料的制 备方法是将BiMnZn03植入BiSc03_PbTi0 3中合成BiSc03-BiMnZn03_PbTi03陶瓷，具体包括如 下步骤： 1、 以Bi203、Ζη0、Μη02为原料，在900~1000°C条件下合成祀]?11211〇 3前驱体； 2、 以 Bi203、Sc203、PbO 为原料，在 900~1000°C条件下合成 BiSc03_PbTi03前驱体； 3、将扮111211〇3前驱体与BiScO 3-PbTi03前驱体混合，以无水乙醇为介质充分球磨后，装 入刚玉坩埚内进行预合成，再经成型，制得BiSc03- BiMnZn03_PbTi03陶瓷材料。
[0008] 有益效果：与现有技术相比，本发明工艺简单，具有与现行的固相反应工艺良好 的兼容性，便于工业生产；在制得的陶瓷材料中，Bi-Ο和Μη-0构成氧八面体，四方结构， 具有高稳定性和高可靠性，其380°C高温退火后的压电常数达到200pC/N，400°C的阻率为 6Χ108Ω · m〇
【附图说明】
[0009] 图1是本发明所述陶瓷材料的陶瓷介电常数随温度的变化曲线； 图2是本发明所述陶瓷材料的退火温度与压常数的变化曲线。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0011] 实施例1: 本实施例所述的高电阻率的高温压电陶瓷材料，其分子式为（1-x) (0.88BiSc03-0. 1 2BiMna5ZnQ.603)-fbTi0 3,其中，χ=0· 68, Bi203、Sc203、Μη02、ZnO 为分析纯。制备方法是将 BiMnZn03植入 BiScO 3-PbTi03中合成 0· 32(0. 88BiSc0 3-0· 12BiMna5Zna603)-0. 68PbTi03陶 瓷，具体包括如下步骤： 1、 制备BiMna5ZnQ.603前驱体；以分析纯Bi 203、Μη02、Ζη0为原料，按照BiMnQ. 5Zna603的化 学计量比配料，在无水乙醇介质中球磨8小时烘干，烘干温度为55°C，烘干时间为10小时， 烘干后在920°C高温下预烧6小时获得BiMn a5Zna603前驱体； 2、 制备BiSc03_PbTi03前驱体，以分析纯Bi 203、Sc203、Ti02、PbO为原料，按照 0. 32BiSc03-0 . 68PbTi03的化学计量比配料，在950°C条件下合成祀5(：03-?13110 3前驱体； 3、 混料与成型：将BiMna5Z%603前驱体和0. 32BiSc0 3-0. 68PbTi03前驱体按照化学计 量比混合，以无水乙醇为介质充分球磨12小时，添加8%的PVB造粒，在20MPa的压强下压 制成型为陶瓷坯体； 4、 烧结：对陶瓷坯体烧结，得到 0. 32(0. 88BiSc03-0. 12BiMnQ.5Zna603)-0. 68 ?1^1103陶 瓷，烧结温度为ll〇〇°C，烧结时间为2小时。
[0012] 对所获得的 0· 32(0. 88BiSc03-0. 12BiMna5Zna603)-0. 68PbTi03陶瓷打磨抛光被银 后，采用高温银浆涂覆电极，在750°C烧银20分钟，老化24小时后，进行电学性能测试，测试 结果参见表1。
[0013] 实施例2: 本实施例所述的高电阻率的高温压电陶瓷材料，其分子式为（1-x) (0.88BiSc03-0. 1 2BiMna5ZnQ.603)-fbTi0 3,其中，F〇· 70, Bi203、Sc203、Μη02、ZnO 为分析纯。制备方法是将 BiMnZn03植入 BiScO 3-PbTi03中合成 0· 30(0. 88BiSc0 3-0· 12BiMna5Zna603)-0. 70PbTi03陶 瓷，具体包括如下步骤： 1、制备BiMnQ.5Zna603前驱体：以分析纯Bi 203, Μη02, ZnO分析纯为原料，按照 BiMna5Zna603的化学计量比配料，在无水乙醇介质中球磨8小时烘干，烘干温度为55°C，烘 干时间为10小时，烘干后在920°C预烧6小时获得BiMn a5Zna603前驱体； 2、 制备BiSc03-PbTi03前驱体：以分析纯Bi 203、Sc203、Ti02、PbO为原料，照 0. 30BiSc03-0 . 70PbTi03的化学计量比配料在950°C条件下合成祀3。03-?131103前驱体； 3、 混料与成型：将BiMna5Z%603前驱体和0. 32BiScO 3-0. 68PbTi03前驱体按照化学计 量比混合，以无水乙醇为介质充分球磨球磨时间12小时，添加8%的PVB造粒，在20MPa的 压强下压制成型为陶瓷坯体； 4、 烧结：对陶瓷坯体烧结，得到 0. 30(0. 88BiSc03-0. 12BiMnQ.5Zna603)-0. 70 ?1^1103陶 瓷，烧结温度为1120°C，烧结时间为2小时。
[0014] 对所获得的 0· 30(0. 88BiSc03-0. 12BiMna5Zna603)-0. 70 PbTi03陶瓷打磨抛光被 银后，采用高温银浆涂覆电极，在750°C烧银20分钟，老化24小时后，进行电学性能测试，测 试结果参见表1。
[0015] 实施例3: 本实施例是一种高电阻率的高温压电陶瓷，其配方为（1-x) (0.88BiSc03-0. 12BiMnQ.5Z na603)-fbTi03,其中，72,以 Bi203、Sc203、Μη02、ZnO 为分析纯；制备方法是将 BiMnZn03 植入 BiSc03_PbTi03中合成 0· 28(0. 88BiSc03-0. 12BiMna5ZnQ.603)-0· 72PbTi03陶瓷，具体包 括如下步骤： 1、 制备BiMna5ZnQ.603前驱体：以分析纯Bi 203、Μη02、Ζη0为原料，按照BiMnQ. 5Zna603的化 学计量比配料，在无水乙醇介质中球磨8小时烘干，烘干温度为55°C，烘干时间为10小时， 烘干后在920°C预烧6小时获得前驱体； 2、 制备BiSc03_PbTi03前驱体：以分析纯Bi 203、Sc203、Ti02、PbO为原料，照 0. 28BiSc03-0. 72PbTi03的化学计量比配料在950°C条件下合成祀5(：03-?131103前驱体； 3、 混料与成型：将BiMna5Z%603前驱体和0. 32BiSc0 3-0. 68PbTi03前驱体按照化学计 量比混合，以无水乙醇为介质充分球磨时间12小时，添加8%的PVB造粒，在20MPa的压强 下压制成型为陶瓷坯体； 4、 烧结：对陶瓷坯体烧结，得到 0. 28(0. 88BiSc03-0. 12BiMnQ.5Zna603)-0. 72 ?1^1103陶 瓷，烧结温度为1120°C，烧结时间为2小时。
[0016] 对所获得的 0· 28(0. 88BiSc03-0. 12BiMna5Zna603)-0. 72 PbTi03陶瓷打磨抛光被 银后，采用高温银浆涂覆电极，在750°C烧银20分钟，老化24小时后，进行电学性能测试，测 试结果参见表1。
[0017] 表1 实施例1~3中的电学性能测试结果
【主权项】
1. 一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述陶瓷材料的分子结 构为（1-1) (0· 88BiSc03-0. 12BiMnQ.5ZnQ.603)-fbTi0 3,其中 J-0. 55~0· 75 ;所述陶瓷材料的 制备方法是将BiMnZn03植入BiSc03_PbTi0 3中合成BiSc03-BiMnZn03_PbTi03陶瓷，具体包括 如下步骤： (1) 以Bi203、Zn0、Mn02为原料，在900~1000°C条件下合成祀]?11211〇 3前驱体； (2) 以 Bi203、Sc203、Pb0 为原料，在 900~1000°C条件下合成 BiSc03_PbTi03前驱体； (3) 将扮111211〇3前驱体与BiScO 3-PbTi03前驱体混合，以无水乙醇为介质充分球磨后， 装入刚玉坩埚内进行预合成，再经成型，制得BiSc0 3- BiMnZn03_PbTi03陶瓷材料。
【专利摘要】本发明涉及压电陶瓷材料的制备技术领域，具体地说，涉及一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法。所述陶瓷材料的分子结构为（1-<i>x</i>）（0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3）-<i>x</i>PbTiO3，其中<i>x</i>=0.55~0.75；所述陶瓷材料的制备方法是将BiMnZnO3植入BiScO3-PbTiO3中合成BiScO3-BiMnZnO3-PbTiO3陶瓷。本发明工艺简单，具有与现行的固相反应工艺良好的兼容性，便于工业生产；在制得的陶瓷材料中，Bi-O和Mn-O构成氧八面体，四方结构，具有高稳定性和高可靠性，其380℃高温退火后的压电常数达到200pC/N，400℃的阻率为6×108Ω·m。
【IPC分类】C04B35/472, C04B35/622
【公开号】CN105622094
【申请号】CN201410583533
【发明人】石维, 冷森林, 彭志航, 黄帅, 龙禹, 王强, 李勇, 黄伟
【申请人】铜仁学院
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年10月28日