专利名称：高压电系数无铅锆钛酸锶钡系压电陶瓷的制作方法
技术领域：
发明涉及一种高压电系数无铅锆钛酸锶钡(BSZT)压电陶瓷，更确切地说是关于一种具有高压电系数的BSZT压电陶瓷配方，属于锆钛酸锶钡(BSZT)系陶瓷领域。
背景技术：
锆钛酸锶钡(BSZT)功能陶瓷，具有良好的介电、压电、铁电、热释电等效应，在微电子领域中具有极大的应用前景，是微电子机械系统(MEMS)的理想材料之一，可用于制作大容量电容器、非挥发性铁电存储器、压电驱动器、红外探测器等。它是无铅材料，适合环保要求。随着环境保护的需要，国际上将于2006年开始逐步禁止使用有铅压电元器件，并与2008年禁止使用有铅压电元器件，因而需要具有高压电系数的无铅压电陶瓷。有关具有高压电系数的BSZT系压电陶瓷，目前尚无专利报道。以碳酸锶、钛酸钡、二氧化锆、二氧化钛为原料，用传统的固相反应方法可以制备BSZT系陶瓷，方法简单、成本低，适合于工业化大规模生产与压电元器件的应用。
本发明目的在于提供一种具有高压电系数的环境友好的无铅压电锆钛酸锶钡(BSZT)系陶瓷的配方。特别是在钛酸钡掺杂比例的配置，掺锶、掺锆比例的不同，获得的压电、介电、机电耦合特性不同。也就是说，在纯钛酸钡的基础上，添加少量的锶和锆，提高纯钛酸钡的压电特性。使掺杂后钛酸钡的压电系数提高2至3倍。
发明内容
本发明所述的高压电系数无铅锆钛酸锶钡压电陶瓷，用溶胶-胶凝法、湿化学溶液法、固相反应法、模板晶粒生长(Templated Grain Growth，TGG)技术、反应模板晶粒生长(Reactive Templated Grain Growth，RTGG)技术制备或其他方法制备合成压电电陶瓷，组分(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3配方中的0≤x≤0.15，0≤y≤0.15。
上述组分(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3配方中的0.025≤x≤0.075，0.025≤y≤0.075。
上述组分(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3配方中的0≤x≤0.15，0≤y≤0.15值中固定锶的含量，通过调整锆的含量，来改变提高锆钛酸锶钡压电陶瓷的压电特性。
上述组分(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3配方中的0≤x≤0.15，0≤y≤0.15值中固定锆的含量，通过调整锶的含量，来改变提高锆钛酸锶钡压电陶瓷的压电特性。
上述组分(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3配方中的0≤x≤0.15，0≤y≤0.15值中同时调整锶和锆的摩尔百分比，包括x＝y与x≠y两种情况，来改变提高锆钛酸锶钡压电陶瓷的压电特性。
本发明的目的是通过改变下述配方，通过溶胶-凝胶法合成粉再制备陶瓷、或用传统固相反应法来实施的1.醋酸锶、醋酸钡、乙醇锆、钛酸丁酯为原料，按(Ba0.90Sr0.10)(Zr0.15Ti0.85)O3(BSZT10/15/85)配比，首先将醋酸钡、乙醇锆分别溶于乙二醇甲醚，70℃加热搅拌并加入少量去离子水至溶液澄清；再将乙醇锆、钛酸丁酯分别溶于乙二醇甲醚，70℃加热搅拌至溶液澄清。将两种溶液混合形成Ba-Sr-Ti-Zr复合溶液，70℃加热搅拌并加入少量去离子水至溶液逐步变成凝胶。凝胶经过干燥，900至1200℃预烧2～10小时，形成BSZT(10/15/85)粉末。用行星磨粉碎、加胶、压片、经过1200～1550℃烧结2～10小时，被电极、测量介电特性；极化、测量压电特性。
2.首先将碳酸锶、碳酸钡、二氧化锆、二氧化钛原料，按(Ba0.92Sr0.08)(Zr0.05Ti0.95)O3(简写为BSZT(8/5/95)配比，混料、用行星磨粉碎，烘干、经过900～1200℃预烧2～10小时，再用行星磨粉碎、加胶、压片、经过1200～1550℃烧结2～10小时，被电极、测量介电特性；极化、测量压电特性。
图1是本发明提供的配方制备的(Ba0.95Sr0.05)(Zr0.05Ti0.95)O3(BSZT5)铁电陶瓷的XRD谱；预烧温度是1200℃，最后烧结温度是1550℃，为多晶陶瓷。
图2是本发明组分为BSZT5陶瓷的介电温度谱图；图2中横坐标为温度，单位为℃，纵坐标是介电常数；从图上可以看出BSZT5陶瓷的高温四方-立方相变温度比纯的钛酸钡低22℃，但是低温的单斜-四方相变峰位提高到52℃，低温的三方-单斜相变温度也提高至9℃，在室温25℃情况下，其介电常数为2516。
图3是本发明的铁电性能图(P-E图)，陶瓷的直径9.76mm、厚度0.93mm，在BSZT5陶瓷上600℃烧银电极，用S-T电路测量的，图3中横坐标为电场，单位为kV/cm，纵坐标是极化强度，单位是μC/cm2。图中表明，其剩余极化强度达9.23μC/cm2、矫顽场只有3.51kV/cm。BSZT5陶瓷具有良好的介电与铁电性。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步阐明本发明的实质性特点和显著的优点，本发明决非仅局限于所述的实施例。
实施例1
改变(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3(BSZT(100x/100y/100(1-y))配比，如x＝5mol％，y＝5mol％。用溶胶-凝胶法来合成BSZT(5/5/95)陶瓷。首先将醋酸钡、醋酸锶分别溶于乙二醇甲醚，70℃加热搅拌并加入少量去离子水至溶液澄清；再将乙醇锆、钛酸丁酯分别溶于乙二醇甲醚，70℃加热搅拌至溶液澄清。将两种溶液混合形成Ba-Sr-Ti-Zr复合溶液，70℃加热搅拌并加入少量去离子水至溶液逐步变成凝胶。凝胶经过干燥，900至1200℃预烧2～10小时，形成BSZT(5/5/95)粉末。用行星磨粉碎、加胶、压片、经过1200～1550℃烧结2～10小时，被电极、测量介电特性；极化、测量压电特性。在室温，BSZT(5/5/95)陶瓷的压电系数d33为250pC/N。图1-3是BSZT5陶瓷的XRD谱、介电特性与铁电性能。
实施例2改变(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3(BSZT(100x/100y/100(1-y))配比，如x＝7.5mol％，y＝7.5mol％。用传统的固相反应法合成BSZT(7.5/7.5/92.5)陶瓷。首先将碳酸锶、碳酸钡、二氧化锆、二氧化钛原料，按BSZT(7.5/7.5/92.5)配比，混料、用行星磨粉碎，烘干、经过900～1200℃预烧2～10小时，再用行星磨粉碎、加胶、压片、经过1200～1550℃烧结2～10小时，被电极、测量介电特性；极化、测量压电特性。测量其压电系数，d33≥360pC/N。
实施例3改变(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3(BSZT(100x/100y/100(1-y))配比，如x＝2.5mol％，y＝2.5mol％。用传统的固相反应法合成BSZT(2.5/2.5/97.5)陶瓷。其余同实施例2。得到的压电系数，d33≥260pC/N。
实施例4改变(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3(BSZT(100x/100y/100(1-y))配比，如x＝10mol％，y＝10mol％。用溶胶-凝胶法合成BSZT(10/10/90)陶瓷。其余同实施例1。得到的压电系数，d33≥280pC/N。
实施例5改变(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3(BSZT(100x/100y/100(1-y))配比，如x＝4mol％，y＝15mol％。用溶胶-凝胶法合成BSZT(4/15/85)陶瓷。其余同实施例1。
实施例6改变(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3(BSZT(100x/100y/100(1-y))配比，如x＝4.5mol％，y＝6mol％。用传统的固相反应法合成BSZT(4.5/6/94)陶瓷。其余同实施例2。
实施例7改变(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3(BSZT(100x/100y/100(1-y))配比，如x＝5.5mol％，y＝10mol％。用传统的固相反应法合成BSZT(5.5/10/90)陶瓷。其余同实施例2。
实施例8改变(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3(BSZT(100x/100y/100(1-y))配比，如x＝3.5mol％，y＝7mol％。用溶胶-凝胶法合成BSZT(3.5/7/93)陶瓷。其余同实施例1。
本发明提供的无铅锆钛酸锶钡压电功能陶瓷的配方比有以下优点添加少量锶和锆，通过改变钛酸钡的室温相结构，达到提高压电系数的目的。比纯钛酸钡的压电系数高2至3倍。
权利要求
1.一种高压电系数无铅锆钛酸锶钡压电陶瓷，用溶胶-胶凝法、湿化学溶液法、固相反应法、模板晶粒生长(Templated Grain Growth，TGG)技术、反应模板晶粒生长(Reactive Templated Grain Growth，RTGG)技术制备或其他方法制备合成压电电陶瓷，其特征在于组分(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3配方中的0≤x≤0.15，0≤y≤0.15。
2.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其特征在于上述组分(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3配方中的0.025≤x≤0.075，0.025≤y≤0.075。
3.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其特征在于上述组分(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3配方中的0≤x≤0.15，0≤y≤0.15值中固定锶的含量0≤x≤0.10，通过调整锆的含量，来改变提高锆钛酸锶钡压电陶瓷的压电特性。
4.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其特征在于上述组分(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3配方中的0≤x≤0.15，0≤y≤0.15值中固定锆的含量0.01≤y≤0.10，通过调整锶的含量，来改变提高锆钛酸锶钡压电陶瓷的压电特性。
5.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其特征在于上述组分(Ba1-xSrx)(ZryTi1-y)O3配方中的0≤x≤0.15，0≤y≤0.15值中同时调整锶和锆的摩尔百分比，包括x＝y与x≠y两种情况，来改变提高锆钛酸锶钡压电陶瓷的压电特性。
全文摘要
本发明公开了一种高压电系数无铅锆钛酸锶钡(BSZT)系压电陶瓷，用溶胶－胶凝法、固相反应法、湿化学溶液法、模板晶粒生长(Templated Grain Growth，TGG)技术、反应模板晶粒生长(Reactive Templated Grain Growth，RTGG)技术制备或其他方法制备合成压电电陶瓷，组分(Ba
文档编号H01L41/187GK1837144SQ20051003368
公开日2006年9月27日 申请日期2005年3月23日 优先权日2005年3月23日
发明者唐新桂, 邓颖宇, 蒋力立, 陈王丽华 申请人:广东工业大学