一种掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无铅铁电陶瓷材料的合成技术领域，具体涉及一种掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]锆钛酸铅(PZT)系列材料是一种重要的功能材料，在铁电及压电等领域具有广泛的应用。但近年来，随着生态环境的进一步恶化以及人们环保意识的增强，大量且广泛使用的铅基压电材料正面临巨大的挑战。为了人类生存环境的长期发展，寻找铅系压电材料的无铅替代材料成为一项非常重要和迫切的任务。
[0003]钛酸钡(BaT13)是典型也最常用的无铅铁电陶瓷体系，无铅铁电陶瓷的性能一般劣于目前广泛使用的铅基铁电陶瓷，通过采用离子掺杂及改善工艺条件的方法可以改善无铅铁电陶瓷的性能。锆钛酸钡基铁电陶瓷材料是一种环境友好型材料，在未来具有强大的市场。目前，组分为Β&1_χ (A0.5B0.5) xZr0.151^.8503的掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料还未见相关报道。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题是提供了一种环境友好型掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料及其制备方法。
[0005]本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料，其特征在于:该铁电陶瓷材料的组成为Β&1_χ(Aa5Ba5)xZrai5Tia85O3，其中A为Bi，B为K、Na 或 Li，0 < X 彡 0.1。
[0006]本发明所述的掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料的制备方法，其特征在于具体步骤为:按照掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料Β&1_χ (A0.5B0.5) xZr0.15Ti0.8503各元素的化学计量比分别称取原料 BaCO3、Ti02、Zr02、A2O3和 B 2C03，其中 A 为 Bi，B 为 K、Na 或 Li，O < x 彡 0.1，将上述原料混合均匀后放入球磨罐中，加入乙醇并球磨4h后转移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并将粉体于1000°C预烧6h，预烧后的粉体加入聚乙烯醇(PVA)溶液研磨造粒，干压成型，并于1500°C烧结6h制得掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料。
[0007]本发明有效解决了现有锆钛酸铅铁电陶瓷材料因含铅而在使用和废弃后处理过程中给环境造成的污染问题，提高了无铅系列铁电陶瓷材料的介电性能，并且制备的掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料作为一种环境友好型铁电陶瓷材料具有广阔的市场应用前景。
【附图说明】
[0008]图1为本发明实施例1-3制得的掺杂锆钛酸钡基陶瓷材料及对比例I制得的锆钛酸钡基铁电陶瓷材料的XRD图谱，图2是本发明实施例1-3制得的掺杂锆钛酸钡基陶瓷材料及对比例I制得的锆钛酸钡基铁电陶瓷材料的电滞回线图谱，图3是本发明实施例1-3制得的掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料及对比例I制得的锆钛酸钡基铁电陶瓷材料的介电图谱。
【具体实施方式】
[0009]以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
[0010]实施例1
本实施例的组分为掺杂元素A为Bi，元素B为K构成的Ba1-X(Bia5Ka5)xZrai5Tia85O3体系，其中 x=0.06，简称 “ΒΒΚ-0.06”。
[0011 ] 按照Ba0.94 (Bi0.5K0.5) 0.06Zr0.15Ti0.8503各元素的化学计量比分别称取原料BaCO 3、Ti02、Zr02、Bi20#P K2CO3，混合均匀后置于球磨罐中，加入乙醇并球磨4h后转移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并将粉体于1000°C预烧6h，预烧后的粉体加入聚乙烯醇(PVA)溶液研磨造粒，干压成型，并于1500°C烧结6h。将烧好的陶瓷片上下表面烧银进行金属化处理。
[0012]实施例2
本实施例的组分为掺杂元素A为Bi，元素B为Na构成的Ba1I(Bia5Naa5)xZrai5Tia85O3体系，其中x=0.1，简称“ΒΒΝ-0.1”。
[0013]按照Ba。.9 (Bi0.5Na0.5) 0.^r0.15Ti0.8503各元素的化学计量比分别称取原料BaCO 3、T12, ZrO2, Bi2O3和Na 2C03，混合均匀后置于球磨罐中，加入乙醇并球磨4h后转移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并将粉体于1000°C预烧6h，预烧后的粉体加入聚乙烯醇(PVA)溶液研磨造粒，干压成型，并于1500°C烧结6h。将烧好的陶瓷片上下表面烧银进行金属化处理。
[0014]实施例3
本实施例的组分为掺杂元素A为Bi，元素B为Li构成的Ba1I(Bia5Lia5)xZrai5Tia85O3体系，其中 x=0.02，简称 “BBL-0.02”。
[0015]按照Ba0.98 (Bi0.5Li0.5) 0.02Zr0.15Ti0.8503各元素的化学计量比分别称取原料BaCO 3、Ti02、ZrO2> Bi2O3和Li 2C03，混合均勾后置于球磨罐中，加入乙醇并球磨4h后转移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并将粉体于1000°C预烧6h，预烧后的粉体加入聚乙烯醇(PVA)溶液研磨造粒，干压成型，并于1500°C烧结6h。将烧好的陶瓷片上下表面烧银进行金属化处理。
[0016]对比例I
本实施例的组分不做掺杂构成BaZra 15TiQ.8503体系，简称“BZT”。
[0017]按照BaZrai5Tia85O3各元素的化学计量比分别称取原料BaCO 3、1102和ZrO 2，混合均匀后置于球磨罐中，加入乙醇并球磨4h后转移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并将粉体于1000°C预烧6h，预烧后的粉体加入聚乙烯醇(PVA)溶液研磨造粒，干压成型，并于1500°C烧结6h。将烧好的陶瓷片上下表面烧银进行金属化处理。
[0018]如图1所示，所制得的铁电陶瓷材料均为钙钛矿结构的纯相，没有杂相形成。如图2所示，ΒΒΚ-0.06的剩余极化强度Pr为80.3 μ C/cm2, BBL-0.02的剩余极化强度Pr为63.1 μ C/cm2, BBN-0.1的剩余极化强度Pr为56.2 μ C/cm2，而未进行等比例一价和三价掺杂的BZT的剩余极化强度Pr为16.7 μ C/cm2，远小于高低价等比掺杂后的样品的剩余极化强度。如图3所示，高低价等比掺杂后的样品的介电性能也优于高低价等比掺杂前的样品的介电性能。
[0019]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【主权项】
1.一种掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料，其特征在于:该铁电陶瓷材料的组成为Bah (A0.5B0.5) xZr0.15Ti0.8503，其中 A 为 Bi，B 为 K、Na 或 Li，O < x 彡 0.1。
2.—种权利要求1所述的掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料的制备方法，其特征在于具体步骤为:按照掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料Β&1_χ (A0.5B0.5)xZr0.15Tia8503各元素的化学计量比分别称取原料8&0)3、1102、2102、六203和820)3，其中六为扮，8为1(、恥或1^，0 < x彡0.1，将上述原料混合均匀后放入球磨罐中，加入乙醇并球磨4h后转移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并将粉体于1000°C预烧6h，预烧后的粉体加入聚乙烯醇溶液研磨造粒，干压成型，并于1500°C烧结6h制得掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料。
【专利摘要】本发明公开了一种掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料及其制备方法，属于无铅铁电陶瓷材料的合成技术领域。本发明的技术方案要点为：一种掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料，其组成为Ba1-x(A0.5B0.5)xZr0.15Ti0.85O3，其中A为Bi，B为K、Na或Li，0＜x≤0.1。本发明还公开了该掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料的制备方法。本发明有效解决了现有锆钛酸铅铁电陶瓷材料因含铅而在使用和废弃后处理过程中给环境造成的污染问题，提高了无铅系列铁电陶瓷材料的介电性能，并且制备的掺杂锆钛酸钡基铁电陶瓷材料作为一种环境友好型铁电陶瓷材料具有广阔的市场应用前景。
【IPC分类】C04B35-49, C04B35-622
【公开号】CN104860677
【申请号】CN201510184902
【发明人】王显威, 杨孟孟, 王大军, 张慧超, 王小二
【申请人】河南师范大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月20日