【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及陶瓷材料領(lǐng)域，具體為一種陶瓷材料及其制備方法和在壓電中的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、壓電陶瓷是能夠?qū)㈦娔芘c機械能相互轉(zhuǎn)換的功能型材料，目前被廣泛應(yīng)用于傳感器、換能器、驅(qū)動器、濾波器和醫(yī)療器械等設(shè)備中。其中，鋯鈦酸鉛壓電陶瓷是目前較為主流的壓電陶瓷材料，但它在燒結(jié)或使用過程中極易產(chǎn)生pbo等揮發(fā)性污染物，既嚴(yán)重污染環(huán)境也傷害人體健康，所以需要用更安全的無鉛壓電材料代替。
2、鈦酸鋇（batio3）作為一種發(fā)現(xiàn)比較早的無鉛壓電材料，在pzt發(fā)現(xiàn)之前就曾被廣泛應(yīng)用。但是batio3的燒結(jié)溫度往往在1300℃以上，很難與廉價的導(dǎo)電金屬電極材料（如銅、鎳、鐵等）共燒，而且壓電性能也遠(yuǎn)不如鋯鈦酸鉛，這嚴(yán)重制約了其廣泛應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、專利技術(shù)目的：針對上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提出了一種陶瓷材料及其制備方法和在壓電中的應(yīng)用。
2、所采用的技術(shù)方案如下：
3、一種陶瓷材料，其化學(xué)結(jié)構(gòu)通式如下所示：
4、(1-α-β)(ba1-xmx)[ti1-y(w1/2cu1/2)y]o3-αbi(sb1/3ln2/3)o3-βsr2fe1-zalzmoo6
5、其中，m為堿土金屬元素；
6、ln為鑭系稀土元素；
7、x=0.12，y=0.04，z=0.2，0.01≤α≤0.1，0＜β≤0.05。
8、進一步地，m為ca和/或sr。
9、進一步地，ln為sm、eu、gd、tb、dy、ho中
10、進一步地，0.04≤α≤0.06，0.01≤β≤0.03。
11、進一步地，α=0.05，β=0.02。
12、本專利技術(shù)還提供了一種陶瓷材料的制備方法：
13、將baco3、mco3、tio2、wo6、cuo混合球磨后干燥并在850-950℃預(yù)燒1-5h得到第一混合物；
14、將bi2o3、sb2o3、ln2o3混合球磨后干燥并在950-1050℃預(yù)燒1-5h得到第二混合物；
15、將sr(no3)2、(nh4)6moo7o24·4h2o、al(no3)3·9h2o、fe(no3)3·9h2o溶于去離子水中，然后加入硝酸、檸檬酸和乙二醇得到混合溶液，將混合溶液在60-80℃下攪拌反應(yīng)1-5h得到溶膠，將溶膠干燥后先在600-650℃保溫?zé)Y(jié)1-5h，再在800-850℃保溫預(yù)燒1-5h得到第三混合物；
16、將第一混合物、第二混合物和第三混合物混合球磨后干燥，再加入粘結(jié)劑造粒、過篩、壓制得到坯體，將坯體先一段升溫至600-650℃保溫排膠1-5h，再二段升溫至1100-1200℃保溫?zé)Y(jié)1-5h即可。
17、進一步地，一段升溫時的升溫速度為1-5℃/min，二段升溫時的升溫速度為10-30℃/min。
18、本專利技術(shù)還提供了上述陶瓷材料在制備壓電陶瓷傳感器或壓電陶瓷換能器中的應(yīng)用。
19、本專利技術(shù)的有益效果：
20、本專利技術(shù)提供了一種陶瓷材料，利用堿土金屬元素和(w1/2cu1/2)4+對batio3進行復(fù)合摻雜可以完全固溶增加陶瓷材料致密性并減少其固有缺陷，提升壓電性能；
21、bi(sb1/3ln2/3)o3作為新組元能夠誘導(dǎo)三方相形成，在三方相-四方相相界附近陶瓷材料可以表現(xiàn)出最強的壓電性能，而且?二者都具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，不僅能夠固溶形成單一、穩(wěn)定的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，而且通過摻雜稀土離子，控制晶格畸變的程度，使得電疇的運動得到了有效地改善，從而進一步改善了壓電陶瓷的壓電性能，也有助于獲得更致密、更均勻的微觀結(jié)構(gòu)；
22、sr2fe1-zalzmoo6為雙鈣鈦礦化合物在固溶過程中，能夠充分發(fā)揮多組分離子的摻雜效果，誘導(dǎo)batio3基體相結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，進而大幅提高陶瓷材料的壓電性能；
23、當(dāng)燒結(jié)溫度較低時，陶瓷材料燒結(jié)不完全，微裂紋、孔洞等微觀結(jié)構(gòu)缺陷較多，故致密性較低，當(dāng)溫度過高時，晶粒生長過大，由于晶界間的相互作用，又會反過來抑制晶體的致密化，本申請中控制燒結(jié)溫度1100-1200℃可以獲得致密度良好且壓電性能優(yōu)異的陶瓷材料，可以滿足壓電陶瓷傳感器和壓電陶瓷換能器等設(shè)備的應(yīng)用需求。
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1.一種陶瓷材料，其特征在于，其化學(xué)結(jié)構(gòu)通式如下所示：
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，M為Ca和/或Sr。
3.如權(quán)利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，Ln為Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho中的任意一種或兩種以上組合。
4.如權(quán)利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，0.04≤α≤0.06，0.01≤β≤0.03。
5.如權(quán)利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，α=0.05，β=0.02。
6.一種如權(quán)利要求1-5中任一項所述的陶瓷材料的制備方法，其特征在于，具體如下：
7.如權(quán)利要求6所述的陶瓷材料的制備方法，其特征在于，一段升溫時的升溫速度為1-5℃/min，二段升溫時的升溫速度為10-30℃/min。
8.一種如權(quán)利要求1-5中任一項所述的陶瓷材料在制備壓電陶瓷傳感器或壓電陶瓷換能器中的應(yīng)用。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種陶瓷材料，其特征在于，其化學(xué)結(jié)構(gòu)通式如下所示：
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，m為ca和/或sr。
3.如權(quán)利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，ln為sm、eu、gd、tb、dy、ho中的任意一種或兩種以上組合。
4.如權(quán)利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，0.04≤α≤0.06，0.01≤β≤0.03。
5.如權(quán)利要求1所述的陶...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：方豪杰，賀亦文，張曉云，張國秀，方美玲，劉建平，曾雄，
申請(專利權(quán))人：湖南省美程陶瓷科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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