专利名称：新型锡酸钡-钛酸铅铁电压电陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明属于铁电压电陶瓷领域。
背景技术：
由于驰豫铁电体具有高的介电常数和大的电致应变等特点，驰豫型铁电陶 瓷材料变成了人们的研究热点，因为通常它们在介电弥散峰附近有高的介电电
容，而且具有优异的压电特性，比如Pb(Zn1/3Nb2/3)03-PbTi03, Pb(Mgv3Nb2/3)03-PbTi03等固溶体。含有铁电陶瓷材料的压电材料被广泛应用在 压电滤波器、压电换能器、超声振荡器和压电蜂鸣器中，已经被投入于应用的 最典型的铁电材料为 PbTi03_PbZr03系列固溶体以及 Pb(Mgl/2Nb2/3)03-PbTi03-PbZr03系列固溶体(日本专利公告42-9716)等。 另一方面，最近人们也研究了把压电陶瓷材料用作致动器的可行性。在此情况 下，要把电能转换为机械能。于是，就需要具有大的压电应变常数的压电陶瓷 材料。该压电应变常数d与压电陶瓷材料的机电耦合系数k和相对介电常数e 成下列关系JocytV^，于是为了使该材料具有大的压电应变常数d，就必须要有一 个大的机电耦合系数k和/或大的介电常数e 。
虽然Pb(Zn1/3Nb2/3)03-PbTi03和Pb(Mgl/3Nb2/3)03-PbTi03具有优异的压电性 能，但是它们的居里点在140-170°C，在更低的温度存在一个三方-四方结构相 变(60-90。C)，这使它们容易退极化，限制了它们在很多领域的应用。目前国内 外都在积极寻找各种新型的具有高压电性能，高居里温度的铁电压电陶瓷材料。
发明内容
本发明的目的就在于研制一种新型的铁电压电陶瓷，其具有高的介电电容 率，压电常数，机电耦合系数以及居里点。本发明制备出的铁电陶瓷材料的化
学组成为(1-x)BaSn03-xPbT03 (0〈x〈l)。
本发明包括如下技术方案
1. 新型锡酸钡-钛酸铅铁电压电陶瓷，该陶瓷具有钙钛矿型结构，其化学组成为
(l-x)BaSnOrxPbTi03 (0<x<l)。
2. 如项l所述的陶瓷，该陶瓷材料的MPB范围在0.61$ x￡ 0.66之内。
3. —种项1的陶瓷材料的制备方法，该制备方法为两步合成法，包括如下步骤
第一步，预合成BaSn03和PbTi03原料；第二步，将上述BaSn03和PbTi03 原料按所需配比称重，混合，研磨，烘干成型，在1200-1300°C烧结即获得 锡酸钡-钛酸铅铁电压电陶瓷。
4. 一种项1的陶瓷材料的制备方法，该制备方法为固相合成法，包括如下步骤 将可选用原料按(l-x)BaSn(VxPbTi03 (0<x<l)的化学式含量称重，经混合 研磨，烘干成型，然后在800-1000。C煅烧，将所获产物研磨，烘干、成型， 再升温到1200-1300。C烧结，即获得锡酸钡-钛酸铅铁电压电陶瓷。
5. —种项1的陶瓷材料的用途，该材料用于换能器，激励器，电容器，驱动器， 微波通讯，滤波器，超声振荡器和压电蜂鸣器领域中。
本发明的铁电陶瓷材料制备工艺简单、成本低廉；不需要象PMN-PT陶瓷那 样制备前驱体，得到的陶瓷材料制品具有化学纯度高、均匀性好、组分可控的 优点。
图l为BSn-PT的粉末衍射图谱，表现出了从三方到四方相的过渡； 图2为BSn-PT体系不同组成的介电温谱，给出了介电常数和居里点； 图3为BSn-63PT的电滞回线，表明其铁电性； 图4为BSn-PT体系得低温相图，表明MPB的组成区域。
具体实施例方式
实施例1:以两步合成法合成0. 45BaSnO厂0. 55PbT03
第一步，将初始原料BaC03， Sn02， Pb0， Ti02按BaSn03和PbT03的化学式含 量称重，经混合、研磨，烘干等过程后，分别在1000。C保温(2-4小时)煅烧， 预合成BaSn03和PbT03原料。第二步将上述原料按0. 45BaSnO厂0. 55PbT03式子所 需配比称重，混合，研磨，烘干，成型(加适量粘结剂如蒸馏水，5-10%聚乙烯 醇溶液)，成型压力5-10MPa，然后烧结(保温4小时)，即为本发明研制的铁电 陶瓷。通过对该组分陶瓷的介电性能测量，发现其具有强的介电驰豫现象，且 在室温下具有大的介电常数(7800)。
实施例2:以固相合成法合成0. 40BaSn03-0. 60PbT03.
将初始原料BaC03， Sn02， Pb0， Ti02按BaSn03和PbT03的化学式含量称重， 经混合、研磨、烘干、成型，成型压力5MPa，然后在800-1000。C恒温3小时， 经过固相反应得到钙钛矿相结构的0. 40BaSn03-0. 60PbT03化合物，把该产物重新 粉碎、研磨、烘干、成型，再升温到1200-1300°C烧结(保温3小时)，即为本 发明研制的铁电陶瓷。通过对该组分陶瓷的介电、压电性能的测量，得到该组 分陶瓷的居里点为120°C，压电常数d33为320pC/N。
实施例3:以固相合成法合成0. 35BaSn03-0 . 65PbT03.
将初始原料BaC03， Sn02， Pb0， Ti02按BaSn03和PbT03的化学式含量称重， 经混合、研磨、烘干、成型，成型压力3MPa，然后在800-1000。C恒温2小时， 经过固相反应得到钙钛矿相结构的0. 35BaSn03-0. 65PbT03化合物，把该产物重新 粉碎、研磨、烘干、成型，再升温到1200-1300。C烧结(保温4小时)，即为本 发明研制的铁电陶瓷。通过对该组分陶瓷的介电、压电性能的测量，得到该组 分陶瓷的居里点为180°C，压电常数d33为220pC/N。
权利要求
1. 新型锡酸钡-钛酸铅铁电压电陶瓷，其特征在于该陶瓷具有钙钛矿型结构，其化学组成为(1-x)BaSnO3-xPbTiO3(0<x<1)。
2. 如权利要求1所述的陶瓷，其特征在于该陶瓷材料的MPB范围在0.61$0.66之内。
3. —种权利要求1的陶瓷材料的制备方法，该制备方法为两步合成法，包括如下步骤第一步，预合成BaSn03和PbTi03原料；第二步，将上述BaSn03 和PbTi03原料按所需配比称重，混合，研磨，烘干成型，1200-1300°C烧结 即获得锡酸钡-钛酸铅铁电压电陶瓷。
4. 一种权利要求1的陶瓷材料的制备方法，该制备方法为固相合成法，包括如 下步骤将可选用原料按(l-x)BaSn03-xPbTi03 (0<x<l)的化学式含量称重， 经混合研磨，烘干成型，然后在800-1000。C煅烧，将所获产物研磨，烘干成 型，再升温到1200-1300。C烧结，即获得锡酸钡-钛酸铅铁电压电陶瓷。
5. —种权利要求1的陶瓷材料的用途，其特征在于该材料用于换能器，激励 器，电容器，驱动器，微波通讯，滤波器，超声振荡器和压电蜂鸣器领域中。
全文摘要
新型锡酸钡-钛酸铅铁电压电陶瓷及其制备方法，属于铁电压电陶瓷领域。该陶瓷具有钙钛矿型结构，其化学组成为(1-x)BaSnO<sub>3</sub>-xPbTiO<sub>3</sub>(0＜x＜1)，该固溶体陶瓷体系的准同型相界(MPB)范围在0.61≤x≤0.66。该陶瓷采用两步合成法或固相合成法合成。在室温下，MPB附近本材料的居里点在140-200℃，并且具有大的压电常数d<sub>33</sub>(200-350pC/N)，高的机电耦合系数k<sub>p</sub>(50-65％)以及大的形变S(0.1-0.5％)。本发明制备工艺简单、成本低廉；材料制品具有化学纯度高、均匀性好、组分可控的优点。
文档编号C04B35/457GK101376591SQ20071000942
公开日2009年3月4日 申请日期2007年8月30日 优先权日2007年8月30日
发明者王国建, 龙西法 申请人:中国科学院福建物质结构研究所