专利名称：：一种无铅压电陶瓷的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种压电陶瓷，特别涉及一种无铅压电陶瓷。
背景技术：
：在信息、激光、导航等高
技术领域：
，压电材料作为一类重要的应用功能材料，得到了广泛的应用。基于AB03型钙钛矿氧化物结构的Pb(Zn-Jix)03陶瓷具有优异的压电性质，是目前工业上得到大规模应用的压电材料。但是由于这类材料含铅，而铅的毒性会在产品生产、使用和废弃后对人体和自然环境等造成严重危害，这与可持续发展战略相违背。因此，工业应用的趋势必然是使用无铅压电陶瓷取代目前的含铅压电陶瓷，这意味着开发研究具有优异压电性能和环境协调性的无铅压电陶瓷具有重要的经济意义。无铅压电陶瓷根据其晶体结构可以分为三大类钙钛矿结构无铅压电陶瓷、铋层状结构无铅压电陶瓷以及钨青铜结构无铅压电陶瓷。其中基于钙钛矿结构的81。.51\|3。.51"103(简称BNT)的压电陶瓷被认为最有前途的无铅压电陶瓷体系之一。BNT基陶瓷的一个显著缺点是其在160'C左右存在一个铁电-反铁电相变点，称为退极化温度，这使得BNT的应用温度受到限制。如何提高BNT基压电陶瓷的退极化温度是本领域技术人员的一个重要的研究课题。另外，在压电陶瓷中，准同型相界的概念非常重要，因为具有准同型相界结构的材料能够具有更多的极化方向，使得铁电畴更容易翻转，从而铁电畴对压电效应的贡献更容易体现出来，因此，具有准同型相界结构的成分点一般都具有较好的压电性能。Bia8La。.2Fe03(简称BLF)具有与BNT相似钙钛矿结构的铁磁、铁电陶瓷，其室温下为正交相，居里温度为830。C。我们通过引进BLF对BNT进行取代，这样可以期望形成三方-正交准同型相界结构，从而改进BNT的电学性质，另一方面，BLF的高居里点有望提高BNT基陶瓷的退极化温度。但是，如何将上述两种材料的优点进行互补，成为本领域的一道难题。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种具有较高退极化温度并有良好压电性能的无铅压电陶瓷。为实现发明目的，本发明通过引进Bia8Laa2Fe03对Bia5Naa5Ti03进行取代，构成本发明的无铅压电陶瓷，以形成三方-正交准同型相界结构。本发明所述的无铅压电陶瓷的化学式为(1—z)Bi。.5Na。.5Ti03—;fBi。.8La。.2Fe03，式中0.0125《《0.0625。本发明Bia8Laa2Fe03的引入，得到了具有三方-正交准同型相界结构，具有良好高温铁电、压电性能的无铅压电陶瓷成分点，在一定程度上提高陶瓷的退极化温度；压电系数d33和机电耦合系数kp随着参数义的增大而减小，(133从20-128pC/N不等，而kp从0.27-0.30不等；陶瓷的饱和极化、剩余极化和矫顽场都随着参数x的增大而减小；特别地，陶瓷的退极化温度(Td)在163-171。C之间随着T的增加而增加；并且，本发明的制备方法所需的设备和制备过程简单，原料成本低。图l为(l-力Bia5Na。.5Ti03-xBio.8Lao.2Fe03陶瓷的X射线衍射谱；图2a、图2b为(l-力BiasNaasTi03-xBia8Laa2Fe03陶瓷的铁电性质，其中图2a显示的是陶瓷的电滞回线，图2b是相关的剩余极化、饱和极化、矫顽场与参数x的关系曲线；图3为(l-力Bio.5Na。.5Ti03-xBio.8Laa2Fe03陶瓷的压电系数和机电耦合系数；图4a为本发明的(l-力Bio.5Na。.5Ti03-xBia8Lao.2Fe03陶瓷的相对介电常数和介电损耗的温度依赖特性，图4b为退极化温度(Td)等参数与成分的关系曲线。具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做详细的说明。第一步首先确定X的值，这里X的范围为0.0125&《0.0625，根据化学式(l-X)Bi0.5Na0.5TiOrxBi0.8La02FeO3，称量经过干燥处理的，纯度大于99.0%的Bi203、Na2C03、Ti02、La2Os、和Fe203粉末。在五种粉末的混合物中加入无水酒精，然后球磨处理(350转/分钟，24小时)使五种粉末混合均匀。第二步将第一步所得的粉末进行干燥处理后，再用研钵手工研磨使之均匀。第三步将第二步得到的粉末在850。C预烧2小时。将预烧后的粉末用研钵手工研磨使之细碎、均匀，再用第一、第二步所述方法再次进行球磨、干燥处理。第四步用7MPa的压力把适量的粉末压成直径约为10.0毫米，厚度约为5毫米的薄片。第五步把适量的相应粉末放入Al203坩埚，再把薄片放入，并用相应的粉末覆盖薄片，最后用另一个坩埚倒扣到第一个坩埚上，使薄片处于密封状态。第六步将密封有薄片的坩埚放入马弗炉中，升温速率控制在5。C/分钟左右。使薄片在1150。C烧结180分钟左右，得到相应的陶瓷样品。第七步把相应的陶瓷片进行减薄处理，样品厚度约为0.3mm，把导电银胶涂抹在样品两个表面，并在500。C下对样品热处理30分钟。样品的直径/厚度比例大于10。实施例1:针对化学式(l-x)Bi0.5Naa5TiO3-;fBi0.8Laa2FeO3，x=0.0125。<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>实施例2:针对化学式(l-x)Bi0.sNaasTiO3-xBi0.8La0.2FeO3，x=0.0375。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>图l是(l-x)Bio.5Nao.5Ti03-xBio.8Laa2Fe03(其中0.0125《x《0.0625)陶瓷的X射线衍射谱(XRD)，它说明这种条件下制备的样品是单相的而没有其他杂相。并且，从这些陶瓷的XRD谱可以得到，当x=0.0125时陶瓷具有三方-正交准同型相界结构。图2a、2b是(l-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xBi08La0.2FeO3(其中0.0125《x《0.0625)陶瓷的铁电性质，其中图2a显示的是陶瓷的电滞回线，图2b是相关的剩余极化、饱和极化、矫顽场与参数x的关系曲线。图3是(l-x)BiasNa0.sTiO3-xBi0.8La0.2FeO3(其中0.0125《x《0.0625)陶瓷的室温压电性质(包括压电系数d33，耦合系数kp)与参数X的关系曲线。总体来说，d33与kp都随着X的增大而减小。最大的d33与kp分别128pC/N和0.30。图4a是(l-力Bi0.5Na0.5TiO3-xBi0.8La0.2FeO3(其中0.0125《x《0.0625)x=0.0125的陶瓷的变温介电谱，其他陶瓷的变温介电谱与此类似。这些陶瓷都具有弛豫铁电体的特征，并且从变温介电谱中，可以确定相关的参数，如退极化温度Td，以及Td处的介电常数，介电常数最大处对应的温度Tm以及相应的最大介电常数等，这些参数与BiQ.8LaQ.2Fe03的含量x的关系如图4b所示，值得注意的是退极化温度Td随着x的增加单调增加。上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。权利要求1、一种无铅压电陶瓷，其特征在于其化学式为(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xBi0.8La0.2FeO3，式中0.0125≤x≤0.0625。全文摘要本发明公开了一种无铅压电陶瓷，其化学式为(1-x)Bi<sub>0.5</sub>Na<sub>0.5</sub>TiO<sub>3</sub>-xBi<sub>0.8</sub>La<sub>0.2</sub>FeO<sub>3</sub>，式中0.0125≤x≤0.0625的；本发明通过引进Bi<sub>0.8</sub>La<sub>0.2</sub>FeO<sub>3</sub>对Bi<sub>0.5</sub>Na<sub>0.5</sub>TiO<sub>3</sub>进行取代，以形成三方-正交准同型相界结构，具有良好高温铁电、压电性能的无铅压电陶瓷成分点，在一定程度上提高陶瓷的退极化温度；压电系数d<sub>33</sub>和机电耦合系数k<sub>p</sub>随着参数x的增大而减小，d<sub>33</sub>从20-128pC/N不等，而k<sub>p</sub>从0.27-0.30不等；陶瓷的饱和极化、剩余极化和矫顽场都随着参数x的增大而减小；特别地，陶瓷的退极化温度(T<sub>d</sub>)在163-171℃之间随着x的增加而增加。文档编号H01L41/18GK101560093SQ20091002730公开日2009年10月21日申请日期2009年5月27日优先权日2009年5月27日发明者丁潞奕,基维静,张善涛,磊王,陈延峰申请人:南京大学