专利名称：无预烧钛酸铋钠—钛酸钡无铅压电陶瓷掺杂材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及钛酸铋钠——钛酸钡无铅压电陶瓷，特别是无预烧钛酸铋钠——钛酸钡无铅压电陶瓷掺杂材料及其制备方法。属于环境协调性压电陶瓷材料领域。
背景技术：
作为一类重要的信息功能陶瓷材料，压电陶瓷在各类信息的检测、传输、存储处理中具有广泛的应用。目前，工业生产中应用的压电陶瓷绝大多数是以锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)或者钛酸铅(PbTiO3)为主要成分的铅基压电陶瓷组合物。这类压电陶瓷材科具有优良的压电铁电性能、高的居里温度。但是，由于Pb0或Pb3O4在高温下易挥发，从而导致铅系压电陶瓷在生产、使用及废弃后的处理过程中都会给人类健康及生态环境带来严重危害。
目前，人们开发出多种无铅压电陶瓷，其中钛酸铋钠——钛酸钡无铅压电陶瓷效果最好。其组成式为(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xBaTiO3，见文献1(无机材料学报，Vol 15，No5，2000，12)给出了组成式为(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xBaTiO3的无铅压电陶瓷体系，d33＝125pC/N，Kp＝29％；文献2(TERIALS LETTERS，58(2004)1194-1198)给出了组成式为(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xBaTiO3-Co的压电陶瓷组合物d33＝139pC/N，εT33/ε0＝1200；文献3(哈尔滨理工大学学报，2002，7(6)，96-98)给出了组成式为(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xBaTiO3-Sb的压电陶瓷组合物，d33＝172pC/N，εT33/ε0＝1540；中国发明专利公开说明书CN1623954A给出组成式为Bi0.5Na0.5TiO3-xBa(Ti1-yZry)O3的压电陶瓷组合物，d33＝147pC/N，εT33/ε0＝881.4。但是以上所述采用的都是传统的烧结方法，即先在800℃左右预合成后再烧结，这样所用的能源及时间较多，使其在生产过程中成本较高。
发明内容
本发明的目的就是为了节约能源，提高效率，降低成本，提出了一种无预烧钛酸铋钠——钛酸钡无铅压电陶瓷掺杂材料及其制备方法。
本发明是这样实现的，其组成式为(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3+xBaTiO3+yIn2O3，其中0.06≤x≤0.08，0≤y≤0.02wt％(wt为重量百分比).
制备本发明的无铅压电陶瓷可以采用工业纯或化学纯的Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2、In2O3为原料。
按常规有预烧结制备过程的制备方法如下1、通式(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3+xBaTiO3+yIn2O3的化学计量比称量原料。
2、配料和酒精按2g∶1ml放入尼龙球磨罐，罐内装玛瑙球，球磨4-5小时，使配料充分混合并磨细。
3、将配料从球磨罐内取出放进烘箱，100℃烘干。
4、将烘干后的配料装入坩埚以200℃/小时的升温速度升到860℃再保温1-3个小时预烧。
5、将预烧后的块状配料放在尼龙球磨罐，罐内装玛瑙球，球磨4-5小时。
6、将配料从球磨罐内取出放进烘箱，100℃烘干。
7、将烘干后的粉料加入粘合剂PVA，充分混合均匀，于压成直径为12mm，厚度为1.3mm的圆片。
8、将压好的圆片在550℃下排胶2小时。
9、待圆片冷却到室温后，再调节升温速率在1100-1200℃下烧结1-3小时降温过程中在900-950℃进行退火保温。
10、将烧结后的陶瓷片上银电极，在20-100℃的硅油中，以3-6kV/mm的电压极化5-20分钟。
本发明直接烧结的制备方法如下1、按通式(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3+xBaTiO2+yIn2O3的化学计量比称量原料。
2、将配料和酒精按2g∶1ml放入尼龙球磨罐，罐内装玛瑙球，球磨4-5小时，使配料充分混合并磨细。
3、将配料放进烘箱，100℃烘干。
4、将烘干后的粉料加入粘合剂PVA，充分混合均匀，干压成直径为12mm，厚度为1.3mm的圆片。
5、将压好的圆片在550℃下排胶2小时。
6、待圆片冷却到室温后，再按200/小时升温到800--850℃，保温2-3小时，再按150/小时升温到1100--1200℃，保温1-3小时；降温过程中在900-950℃进行退火保温。
7、将烧结后的陶瓷片上银电极，在20-100℃的硅油中，以3-6kV/mm的电压极化5-20分钟。
该方法制备的压电陶瓷具有优良的压电铁电性能，d33达到190以上，g33达到20以上，逼近铅基压电陶瓷的性能，且由于去掉了预合成及预合成后细磨的步骤，从而节约了大量能源及生产时间，具有实用的价值。
具体实施例方式
下面以实施例对本发明进一步说明。
实施例一配方0.93Bi0.5Na0.5TiO3+0.07BaTiO3方法直接烧结性能d33(pC/N) g33(x10-3) tgθ(％) εT33/ε0kt/kp166 19.98 3.35 939 1.49方法在860℃下预烧后再烧结性能d33(pC/N) g33(x10-3) tgθ(％) εT33/ε0kt/kp138 17.46 3.7 893 1.32实施例二配方0.93Bi0.5Na0.5TiO3+0.07BaTiO3+0.01wt％In2O3方法直接烧结性能d33(pC/N) g33(x10-3) tgθ(％) εT33/ε0kt/kp183 20.3 43.43 10142.32方法在880℃下预烧后再烧结性能d33(pC/N) g33(x10-3) tgθ(％) εT33/ε0kt/kp138 20.12 3.80775 1.58实施例三配方0.93Bi0.5Na0.5TiO3+0.0TBaTiO3+0.014wt％In2O3方法直接烧结性能d33(pC/N) g33(x10-3) tgθ(％) εT33/ε0kt/kp194 20.17 3.86 1087 2.18方法在860℃下预烧后再烧结性能d33(pC/N) g33(x10-3) tgθ(％) εT33/ε0kt/kp146 17.59 4.00 938 1.31实施例四配方0.93Bi0.5Na0.5TiO3+0.07BaTiO3+0.016wt％In2O3方法直接烧结性能d33(pc/N) g33(x10-3) tgθ(％) εT33/ε0kt/kp188 22.08 3.55 962 2.08方法在860℃下预烧后再烧结性能d33(pC/N) g33(x10-3) tgθ(％) εT33/ε0kt/kp140 21.01 3.77 753 1.28
实施例五配方0.93Bi0.5Na0.5TiO3+0.07BaTiO3+0.02wt％In2O3方法直接烧结性能d33(pC/N) g33(x10-3) tgθ(％) εT33/ε0kt/kp172 20.023.65 971 0.33方法在860℃下预烧后再烧结性能d33(pC/N) g33(x10-3) tgθ(％) εT33/ε0kt/kp120 15.664.06 866 0.3权利要求
1.一种无预烧钛酸铋钠——钛酸钡无铅压电陶瓷掺杂材料，其特征在于其组成式为(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3+xBaTiO3+yIn2O3，其中0.06≤x≤0.08，0≤y≤0.02wt％(wt为重量百分比)。
2.根据权利要求1所述的无预烧钛酸铋钠——钛酸钡无铅压电陶瓷掺杂材料直接烧结的制备方法如下1)按通式(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3+xBaTiO3+yIn2O3的化学计量比称量原料，2)将配料和酒精按2g∶1ml放入尼龙球磨罐，罐内装玛瑙球，球磨4-5小时，使配料充分混合并磨细，3)将配料放进烘箱，100℃烘干，4)将烘干后的粉料加入粘合剂PVA，充分混合均匀，干压成直径为12mm，厚度为1.3mm的圆片，5)将压好的圆片在550℃下排胶2小时，6)待圆片冷却到室温后，再按200/小时升温到800--850℃，保温2-3小时，再按150/小时升温到1100--1200℃，保温1--3小时，降温过程中在900-950℃进行退火保温，7)将烧结后的陶瓷片上银电极，在20-100℃的硅油中，以3-6kV/mm的电压极化5-20分钟。
全文摘要
本发明提出了一种无预烧钛酸铋钠——钛酸钡无铅压电陶瓷掺杂材料及其制备方法。本发明的组成式为(1－x)Bi
文档编号C04B35/64GK1810714SQ20061001825
公开日2006年8月2日 申请日期2006年1月19日 优先权日2006年1月19日
发明者周桃生, 黄荣厦, 顾豪爽, 郭建勇, 李剑, 柴荔英 申请人:湖北大学