[发明专利]一种BNT-BT-BKT基钙钛矿体系多元无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别是涉及一种钛酸铋钠-钛酸钡-碳酸铋钾（BNT-BT-BKT）基参杂铌酸钾钠锂钽锑（KNNLST）混合多元钙钛矿体系压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷，作为现代及其重要的高技术功能材料，其应用已遍及军事、民用等各个领域，特别是超声换能，传感器，无损检测和通讯技术等领域。近年来，伴随着全世界对人类自身环境的认识，以锆钛酸铅为主的含铅压电陶瓷中氧化铅或四氧化三铅占原材料的四分之三以上，给环境带来不可预估的风险。所以，迫切需要寻找无铅压电材料代替传统的铅基压电陶瓷材料。

目前，研究的压电陶瓷主要有钙钛矿结构、铋层状结构和钨青铜结构的无铅压电陶瓷。一般来说，铋层状结构无铅压电陶瓷居里温度较高，各向异性大而压电活性较低。钨青铜结构体系压电陶瓷具有自发极化强度大、居里温度高、介电常数低等特点，其成分与结构对其铁电性能有重要影响。

钛酸铋钠无铅压电陶瓷发现于1960年，是为数不多的稳定复合钙钛矿结构之一，BNT陶瓷具有铁电性强，压电性能佳，介电常数小及声学性能好等优良特征，被认为是最可能取代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷体系之一，正得到广泛研究。但纯BNT陶瓷的矫顽场大，在铁电相区电导率高，因而很难极化，而且纯BNT的烧成温度范围较窄，故而使陶瓷致密性欠佳。BNT-BT-BKT体系“Hajime Nagata，Masaki Yoshida et e1．Jpn J Appl Phys,42(2003)7404.”压电常数较大，居里温度高，但该体系的矫顽场和电导率仍然较大，充分极化需要的场强高达5~9kV/mm。

铌酸钾钠体系特别是文献“Y.Saito,et al.“Lead-Free Piezoceramics”,nature,432(2004)84-87.”采用传统固相烧结方法制备了具有相对较高压电性能的铌酸钾钠锂钽锑无铅压电陶瓷，该方法制备的压电陶瓷烧结温度低于1100℃，但含有大量的锂、钾和钠等挥发性元素，烧结过程较难致密且烧结性能不稳定。

上述两种由于各自固有的缺点，距离实际应用还有一定的差距，现在文献中还未见以BNT-BT-BKT为基体掺杂KNNLST压电陶瓷的电性能和制备工艺报道。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的缺点和不足，提供一种具有良好的压电系数、烧结性能稳定的BNT-BT-BKT基钙钛矿体系多元体系高压电性能压电陶瓷制备及其制备方法。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种BNT-BT-BKT基钙钛矿体系多元无铅压电陶瓷，其原料组分及其摩尔百分比为(1-x)[a(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-bBaTiO₃-c(Bi_0.5K_0.5)TiO₃]-x[(Na_0.52K_0.44Li_0.04)(Nb_0.88Sb_0.08Ta_0.04)O₃]，式中x=0.001~0.05，a=0.8~0.9，b+c=1-a，0.5<b+c<0.9。

上述BNT-BT-BKT基钙钛矿体系多元无铅压电陶瓷的制备方法，步骤为：

(1)用K₂CO₃，Na₂CO₃，TiO₂，Bi₂O₃和BaCO3为初始原料，按a(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-bBaTiO₃-c(Bi_0.5K_0.5)TiO₃简写为BNT-BT-BKT进行配料，式中a=0.8~0.9，b+c=1-a；经球磨混合、预烧获得BNT-BT-BKT陶瓷粉末，其中预烧温度为850℃；