专利名称：高压电常数锆钛酸镁钡系无铅压电陶瓷的制作方法
技术领域：
发明涉及一种高压电常数锆钛酸镁钡系无铅压电陶瓷，特别是一种具有高压电常数钛酸镁钡压电陶瓷配方，属于电子陶瓷领域。
背景技术：
钛酸镁钡功能陶瓷，具有良好的介电、压电、铁电、热释电等效应，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。同时它还是无铅材料，适合环保要求。有关具有高压电常数的钛酸镁钡系压电陶瓷，目前尚无专利报道。以碳酸镁、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钛酸镁钡系陶瓷，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。
发明内容
本发明目的在于提供一种具有高压电常数的环境友好的锆钛酸镁钡系无铅压电陶瓷的配方。特别是在钛酸钡-钛酸镁-锆酸钡三元体系中，调整配方，获得的不同的压电、介电、机电耦合特性。使锆钛酸镁钡的固溶体系的压电常数比纯钛酸钡提高2至3倍。
本发明所述的高压电常数锆钛酸镁钡系无铅压电陶瓷，组分(Ba1-xMgx)(Ti1-yZry)O3，其中0＜x＜0.20，0＜y＜0.20。用溶胶-胶凝法、湿化学溶液法、固相反应法、模板晶粒生长技术、反应模板晶粒生长技术制备或其他方法制备合成压电陶瓷。
上述组分(Ba1-xMgx)(Ti1-yZry)O3中的0＜x＜0.20，0＜y＜0.20值中调整镁或者锆的摩尔百分比，包括x＝y与x≠y两种情况，来改变提高锆钛酸镁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，通过传统固相反应法、或用溶胶-凝胶法合成粉再制备陶瓷来实施的 1.首先将碳酸镁、碳酸钡、二氧化锆、二氧化钛原料，按化学式(Ba1-xMgx)(Ti1-yZry)O3配比，其中0＜x＜0.20，0＜y＜0.20；混料、用行星磨混合均匀，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1100～1450℃烧结2～10小时，烧上电极、测量介电特性；极化、测量压电特性。
2.氢氧化钡、醋酸镁、乙醇锆、钛酸丁酯为原料，按化学式(Ba1-xMgx)(Ti1-yZry)O3配比，其中0＜x＜0.20，0＜y＜0.20；首先将氢氧化钡、醋酸镁分别溶于乙二醇甲醚，30～80℃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，30～80℃加热搅拌至溶液澄清。将两种溶液混合形成Ba-Mg-Ti-Zr复合溶液，30～80℃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，750～1100℃预烧2～10小时，形成锆钛酸镁钡粉末。用行星磨粉碎、加胶、压片、经过1050～1450℃烧结2～10小时，烧上电极、测量介电特性；极化、测量压电特性。
本发明配方制备的锆钛酸镁钡系无铅压电陶瓷具有非常良好的介电特性、高压电常数，与纯的钛酸钡陶瓷相比，压电常数可以提高2至3倍，与传统铅基压电陶瓷相比具有明显的优点，成分无铅，适合环境保护要求，此类无铅压电陶瓷非常适合于中、低温压电元器件应用。
图1为本发明提供的配方制备的(Ba0.91Mg0.09)(Ti0.86Zr0.14)O3铁电陶瓷的XRD谱；预烧温度是1100℃，最后烧结温度是1250℃，为多晶陶瓷。
图2为本发明组分为(Ba0.96Mg0.04)(Ti0.91Zr0.09)O3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。
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 按(Ba1-xMgx)(Ti1-yZry)O3配比，其中x＝0.05，y＝0.05，用溶胶-凝胶法来合成锆钛酸镁钡陶瓷。首先将氢氧化钡、醋酸镁分别溶于乙二醇甲醚，60℃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，60℃加热搅拌至溶液澄清。将两种溶液混合形成Ba-Mg-Ti-Zr复合溶液，60℃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℃预烧2小时，形成锆钛酸镁钡粉末。用行星磨粉碎、加胶、压片、经过1210℃烧结3小时，被电极、测量介电特性；极化、测量压电特性。在室温，(Ba0.95Mg0.05)(Ti0.95Zr0.05)O3陶瓷的压电常数d33为210pC/N。
实施例2 按(Ba1-xMgx)(Ti1-yZry)O3配比，其中x＝0.08，y＝0.04，用传统的固相反应法合成(Ba0.92Mg0.08)(Ti0.96Zr0.04)O3陶瓷。首先将碳酸钡、碳酸镁、二氧化锆、二氧化钛原料，按(Ba0.92Mg0.08)(Ti0.96Zr0.04)O3配比，混料、用行星磨粉碎，烘干、经过1110℃预烧3小时，再用行星磨粉碎、加胶、压片、经过1210℃烧结2小时，被电极、测量介电特性；极化、测量压电特性。测量其压电常数，d33为310pC/N。
实施例3 按(Ba1-xMgx)(Ti1-yZry)O3配比，其中x＝0.02，y＝0.04，用传统的固相反应法合成(Ba0.98Mg0.02)(Ti0.96Zr0.04)O3陶瓷。其余同实施例2。得到的压电常数，d33为230pC/N。
实施例4 按(Ba1-xMgx)(Ti1-yZry)O3配比，其中x＝0.12，y＝0.16，用溶胶-凝胶法合成(Ba0.88Mg0.12)(Ti0.84Zr0.16)O3陶瓷。其余同实施例1。得到的压电常数d33为190pC/N。
本发明提供的锆钛酸镁钡系无铅压电陶瓷的配方比单一组分有以下优点在钛酸钡-钛酸镁-锆酸钡三元固溶体系中，通过改变成分达到调整相结构和显微结构，达到提高压电常数的目的，其压电常数比纯钛酸钡的压电常数高2至3倍。
权利要求
1.一种高压电常数锆钛酸镁钡系无铅压电陶瓷，用溶胶-胶凝法、湿化学溶液法、固相反应法、模板晶粒生长技术或反应模板晶粒生长技术制备，其特征在于组分为(Ba1-xMgx)(Ti1-yZry)O3，其中0＜x＜0.20，0＜y＜0.20。
全文摘要
本发明公开了一种高压电常数锆钛酸镁钡系无铅压电陶瓷。组分为(Ba1-xMgx)(Ti1-yZry)O3，其中0＜x＜0.20，0＜y＜0.20；用溶胶-胶凝法、固相反应法、湿化学溶液法、模板晶粒生长技术、反应模板晶粒生长技术制备或其他方法制备合成压电陶瓷。本发明配方制备的锆钛酸镁钡系无铅压电陶瓷具有非常良好的介电特性、高压电常数，与纯的钛酸钡陶瓷相比，压电常数可以提高2至3倍，与传统铅基压电陶瓷相比具有明显的优点，成分无铅，适合环境保护要求，此类无铅压电陶瓷非常适合于中、低温压电元器件应用。
文档编号C04B35/49GK101767993SQ20101010192
公开日2010年7月7日 申请日期2010年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者刘来君, 杨曌, 方亮, 胡长征, 刘勤文 申请人:桂林理工大学