[发明专利]一种提高铋层结构压电铁电陶瓷材料高温电阻率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能陶瓷材料，具体涉及一种提高铋层结构压电铁电陶瓷材料高温电阻率的方法。

背景技术

随着电子技术的发展，电子设备和电子元器件的使用环境越来越严酷，使用温度越来越高。高温下使用的压电铁电材料必须具有高居里温度，以便在较高的温度下不发生结构相变而影响其压电性，并且其压电参数在较宽的温度范围内必须保持稳定以保证压电器件正常工作。铋层结构的铁电材料(BLSF)是一类极具潜力的高温无铅压电铁电材料，该类材料具有高居里温度和品质因数、大的各向异性、高绝缘强度和电阻率、高击穿强度、低老化率等特点引起人们极大的兴趣，近年来对铋层结构的压电铁电材料的研究和开发极为活跃。MBi₄Ti₄O₁₅就是一类研究较多的铋层结构铁电材料。

铋层结构的铁电材料由于其晶体结构的特殊性，普遍存在矫顽电场高、剩余极化强度低、压电活性低、需要高温极化等缺点。高电场下的高温极化以及高温应用都要求材料具有高电阻率ρ，特别是高温下具有较高的电阻率。因此，改善材料的高温电阻特性，提高高温电阻率，对提高材料的压电活性、实现该类材料的高温应用尤为重要。材料的电阻率取决于材料的组成和显微结构，特别是与瓷体的致密度和晶粒的形状、尺寸即晶粒的各向异性密切相关。在BLSF中电阻率是高度各向异性的，平行于ab平面的电阻率低于平行于c轴方向的电阻率(Liaoying Zheng，The structure and properties of Bi-layer piezoelectricceramics Bi(Ca，Sr)Ti₄O₁₅[J]，Jpn J Appl Phys，2002，41：L1471)。因此，晶粒越大，各向异性越大，长度/厚度比值越高，BLSF的电阻率越小。

通过同价特别是高价离子取代(殷庆瑞等，CN 1424283A，2003；吴晓波等，高价B位掺杂Bi₄Ti₃O₁₂陶瓷的铁电性能研究，周口师范学院学报，2004，21(5)：43；M.Villegaset al，Sintering and electrical properties of Bi₄Ti_2.95WxO_11.9+3x piezoelectric ceramics，J EuroCeram Soc，2004，24：1025)可以使电阻率得到明显提高，在450℃下体积电阻率ρ_v＝10⁶～10⁷Ω·m。采用使晶粒定向排列的晶粒取向技术——如模板晶粒生长法(TGG)、热锻(HF)、热压(T Kimura，Application of texture engineering to piezoelectric ceramics[J]，J Ceram Soc Jpn，2006，114(1)：15)、流延(李永祥等，CN 1562874A，2005)等方法，均不同程度地提高了材料的压电铁电性能，但电阻温度特性和高温电阻率仍需要进一步改善。

发明内容

鉴于此提出本发明，本发明的目的在于提供一种提高铋层结构压电铁电陶瓷材料高温电阻率的方法，特别是提供一种铋层结构压电铁电陶瓷复合物，结合烧成制度的调节控制显微结构，获得具有较高高温电阻率的陶瓷材料的方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种提高铋层结构压电铁电陶瓷材料高温电阻率的方法，包括如下步骤：

(1)配料，按铋层结构压电铁电陶瓷材料化学式A(Bi_4-xLn_x)Ti_4-yB_yO₁₅中各元素的摩尔比称取原材料，所有原材料均为分析纯的碳酸盐或氧化物，其中A为元素Ca、Sr和Ba中至少一种，B为元素V、W和Nb中至少一种，Ln为镧系元素La、Nd和Ce中至少一种，0＜x≤0.5，0＜y≤0.1；

(2)预处理：以蒸馏水为球磨介质，将步骤(1)的原料球磨、干燥、过60～120目筛，然后将混合料在800～900℃密闭预烧2～4小时，再将预烧好的粉料粉碎、干燥、过60～120目筛后，用5～20MPa的压力预压粉料，然后用冷等静压机在150～250MPa的压力下将粉末压制成圆片；