本發(fā)明專利技術涉及壓電陶瓷技術領域，是一種高壓電系數(shù)鈦鉿酸鋇系無鉛壓電陶瓷及其制備方法；該高壓電系數(shù)鈦鉿酸鋇系無鉛壓電陶瓷按下述方法得到：第一步，將BaCO3、TiO2和HfO2按物質的量之比1:（1-x）:x混均成混合物料。本發(fā)明專利技術高壓電系數(shù)鈦鉿酸鋇系無鉛壓電陶瓷，同鈦酸鋇陶瓷相比，本發(fā)明專利技術在略低鈦酸鋇陶瓷燒結溫度的情況下，壓電系數(shù)是鈦酸鋇陶瓷的2倍至3倍，與鋯鈦酸鋇陶瓷相比，在遠低于鋯鈦酸鋇陶瓷燒結溫度的情況下，壓電系數(shù)遠大于鋯鈦酸鋇陶瓷，本發(fā)明專利技術在提升材料壓電系數(shù)的基礎上降低了材料的燒結溫度，節(jié)約生產(chǎn)成本，同時本發(fā)明專利技術制備工藝簡單、適用于工業(yè)化生產(chǎn)與推廣。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術涉及壓電陶瓷
，是一種；該高壓電系數(shù)鈦鉿酸鋇系無鉛壓電陶瓷按下述方法得到：第一步，將BaCO3、TiO2和HfO2按物質的量之比1:（1-x）:x混均成混合物料。本專利技術高壓電系數(shù)鈦鉿酸鋇系無鉛壓電陶瓷，同鈦酸鋇陶瓷相比，本專利技術在略低鈦酸鋇陶瓷燒結溫度的情況下，壓電系數(shù)是鈦酸鋇陶瓷的2倍至3倍，與鋯鈦酸鋇陶瓷相比，在遠低于鋯鈦酸鋇陶瓷燒結溫度的情況下，壓電系數(shù)遠大于鋯鈦酸鋇陶瓷，本專利技術在提升材料壓電系數(shù)的基礎上降低了材料的燒結溫度，節(jié)約生產(chǎn)成本，同時本專利技術制備工藝簡單、適用于工業(yè)化生產(chǎn)與推廣。【專利說明】
本專利技術涉及壓電陶瓷
，是一種。
技術介紹
鈦酸鋇(BaTiO3, BT)為典型的ABO3鈣鈦礦型鐵電體，是最早發(fā)現(xiàn)的無鉛壓電材料，相應的BT基壓電材料研究時間較長，是研究的相當成熟的無鉛壓電陶瓷，最初用于壓電振子材料，目前是制造電容器的重要材料之一。純BaTiO3機電耦合系可達0.36，機械品質因數(shù)可達360，壓電性能只屬于中等水平壓電系數(shù)d33約為190 X 10_12C/N，制備較簡單，形狀和極化方向可任意選擇，但由于其居里溫度較低(Tc = 120°C )、工作溫區(qū)較窄、在室溫附近(即在工作溫區(qū))存在斜方晶系和四方晶系相變、性能參數(shù)的時間和溫度穩(wěn)定性都欠佳，目前，BT基陶瓷主要作為介電材料應用(如多層陶瓷電容器)，作為壓電應用不多見。對BT性能的改進工作主要集中在兩個方面，一是通過改變工藝(兩步燒結法)對鈦酸鋇進行改性，但制備工藝技術要求高，對環(huán)境污染嚴重，不易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；另一種就是通過對BT中A位和B位元素的摻雜，提高BT材料的性能，突出的工作是Zhi Yu, Chen Ang, RuyanGuo,和A.S.Bhalla利用固相反應法向Ba (Ti1^xZrx)O3 (x=0至0.3)鐵電陶瓷，發(fā)現(xiàn)在x=0.05 時，材料的機電耦合系數(shù) K33=56.5%，壓電系數(shù) d33=236pC/N (JOURNAL OF APPLIEDPHYSICS,92 (3)，2002), Wei Li, Zhijun Xu, Ruiqing Chu, Peng Fu 和 Guozhong Zang利用固相反應法向Ba (TihZrx)O3 (x=0.02至0.2)鐵電陶瓷，發(fā)現(xiàn)在x = 0.15介電常數(shù)可達 15900，而在 X = 0.05 陶瓷的壓電系數(shù) d33=208pC/N, Κρ=31.5%, Qm=500 (BrazilianJournal of Physics, vol.40, n0.3, September, 2010),但 Ba (TUrx) O3 燒結溫度均在1500°C以上。目前，有關鈦鉿酸鋇高壓電系數(shù)壓電陶瓷性能尚未見文獻報道。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術提供了一種高壓電系 數(shù)鈦鉿酸鋇系無鉛壓電陶瓷及其制備方法，克服了上述現(xiàn)有技術之不足，其能有效解決現(xiàn)有鈦酸鋇陶瓷和Ba (TihZrx)O3陶瓷的壓電系數(shù)低、Ba(TUrx) O3陶瓷的燒結溫度高的問題。本專利技術的技術方案之一是通過以下措施來實現(xiàn)的:一種高壓電系數(shù)鈦鉿酸鋇系無鉛壓電陶瓷，按下述方法得到:第一步，將BaC03、Ti02和HfO2按物質的量之比1: (1-χ):χ混均成混合物料，其中χ=0.005或χ=0.02或χ=0.05或χ=0.07或χ=0.I或χ=0.2 ;第二步，把混合物料和去離子水一起加入球磨機中球磨15 h至18 h后得到漿料，去離子水的加入量為混合物料體積的I倍至1.5倍，然后把漿料放置在溫度為80°C至100°C下干燥3 h至5h后，在溫度為1100°C的高溫電阻爐中恒溫2h至4h，得到粉體；第三步，按每4克粉體配質量百分比濃度為2.5%的聚乙烯醇溶液0.3毫升至0.4毫升計，向粉體中加入聚乙烯醇溶液使粉體濕潤并粘合在一起得到軟材，軟材經(jīng)造粒后加入圓柱形模具中并用電動壓機壓制成陶瓷坯體；第四步，將陶瓷坯體放置在溫度為100°C至120°C下恒溫排水0.5h至lh，然后在溫度為500°C至600°C下恒溫排塑2h至4h，排塑后放置在溫度為1320°C至1400°C的箱式電爐中恒溫2h至4h冷卻后得到燒結后的陶瓷坯體，在燒結后的陶瓷坯體上刷銀電極并燒銀得到鍍有銀電極的瓷片；第五步，將鍍有銀電極的瓷片浸在硅油中室溫極化20min至30min、極化電場為lKV/mm至3KV/mm，極化后靜置24h至28h得到高壓電系數(shù)鈦鉿酸鋇系無鉛壓電陶瓷。本專利技術的技術方案之二是通過以下措施來實現(xiàn)的:一種高壓電系數(shù)鈦鉿酸鋇系無鉛壓電陶瓷，按下述步驟進行:第一步，將BaC03、Ti02和HfO2按物質的量之比1: (1-χ):χ混均成混合物料，其中χ=0.005或χ=0.02或χ=0.05或χ=0.07或χ=0.I或χ=0.2 ;第二步，把混合物料和去離子水一起加入球磨機中球磨15 h至18 h后得到漿料，去離子水的加入量為混合物料體積的I倍至1.5倍，然后把漿料放置在溫度為80°C至100°C下干燥3 h至5h后，在溫度為1100°C下的高溫電阻爐中恒溫2h至4h，得到粉體；第三步，按每4克粉體配質量百分比濃度為2.5%的聚乙烯醇溶液0.3毫升至0.4毫升計，向粉體中加入聚乙烯醇溶液使粉體濕潤并粘合在一起得到軟材，軟材經(jīng)造粒后加入圓柱形模具中并用電動壓機壓制成陶瓷坯體；第四步，將陶瓷坯體放置在溫度為100°C至120°C下恒溫排水0.5h至lh，然后在溫度為500°C至600°C下恒溫排塑2h至4h，排塑后放置在溫度為1320°C至1400°C的箱式電爐中恒溫2h至4h冷卻后得到燒結后的陶瓷坯體，在燒結后的陶瓷坯體上刷銀電極并燒銀得到鍍有銀電極的瓷片；第五步，將鍍有銀電極的瓷片浸在硅油中室溫極化20min至30min、極化電場為lKV/mm至3KV/mm，極化后靜置24h至28h得到高壓電系數(shù)鈦鉿酸鋇系無鉛壓電陶瓷。下面是對上述專利技術技術方案的進一步優(yōu)化或/和改進: 上述第二步中，高溫電阻爐的升溫速率為2V /min至4°C /min。上述第三步中，軟材經(jīng)造粒、過50目至100目篩后加入圓柱形模具中并用電動壓機壓制成陶瓷坯體，電動壓機的壓力為60MPa至70MPa。上述陶瓷還體的直徑為13mm,厚度為Imm至2mm。本專利技術高壓電系數(shù)鈦鉿酸鋇系無鉛壓電陶瓷，同鈦酸鋇陶瓷相比，本專利技術在略低鈦酸鋇陶瓷燒結溫度的情況下，壓電系數(shù)是鈦酸鋇陶瓷的2倍至3倍，與鋯鈦酸鋇陶瓷相t匕，在遠低于鋯鈦酸鋇陶瓷燒結溫度的情況下，壓電系數(shù)遠大于鋯鈦酸鋇陶瓷，本專利技術在提升材料壓電系數(shù)的基礎上降低了材料的燒結溫度，節(jié)約生產(chǎn)成本，同時本專利技術制備工藝簡單、適用于工業(yè)化生產(chǎn)與推廣。【專利附圖】【附圖說明】附圖1為本專利技術燒結溫度為1400°C恒溫4h后得到的Ba (TipxHfx) O3陶瓷在x=0.005、x=0.02、x=0.05、x=0.07、x=0.Ux=0.2 的 XRD 衍射圖譜。附圖2為本專利技術燒結溫度為1400°C恒溫4h后得到的Ba (Ti1^xHfx)O3陶瓷在x=0.005 的 SEM 圖。附圖3為本專利技術燒結溫度為1400°C恒溫4h后得到的Ba(IVxHfx)O3陶瓷在x=0.02的SEM圖。本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種高壓電系數(shù)鈦鉿酸鋇系無鉛壓電陶瓷，其特征在于按下述方法得到：第一步，將BaCO3、TiO2和HfO2按物質的量之比1:（1?x）:x混均成混合物料，其中x=0.005或x=0.02或x=0.05或x=0.07或x=0.1或x=0.2；第二步，把混合物料和去離子水一起加入球磨機中球磨15?h?至18?h后得到漿料，去離子水的加入量為混合物料體積的1倍至1.5倍，然后把漿料放置在溫度為80℃至100℃下干燥3?h?至5h后，在溫度為1100℃的高溫電阻爐中恒溫2h至4h，得到粉體；第三步，按每4克粉體配質量百分比濃度為2.5%的聚乙烯醇溶液0.3毫升至0.4毫升計，向粉體中加入聚乙烯醇溶液使粉體濕潤并粘合在一起得到軟材,軟材經(jīng)造粒后加入圓柱形模具中并用電動壓機壓制成陶瓷坯體；第四步，將陶瓷坯體放置在溫度為100℃至120℃下恒溫排水0.5h至1h，然后在溫度為500℃至600℃下恒溫排塑2h至4h，排塑后放置在溫度為1320℃至1400℃的箱式電爐中恒溫2h至4h冷卻后得到燒結后的陶瓷坯體，在燒結后的陶瓷坯體上刷銀電極并燒銀得到鍍有銀電極的瓷片；第五步，將鍍有銀電極的瓷片浸在硅油中室溫極化20min至30min、極化電場為1KV/mm?至3KV/mm，極化后靜置24h至28h得到高壓電系數(shù)鈦鉿酸鋇系無鉛壓電陶瓷。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：尹紅梅，馬曉嬌，丁捷，杜衛(wèi)平，黃以能，
申請(專利權)人：伊犁師范學院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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