[发明专利]宽工作温区高介电性能的无铅电子陶瓷材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种宽工作温区高介电性能的无铅电子陶瓷材料，化学通式为Na_0.5Bi_4.5Ti_4‑xMg_yO_15‑2x+y，其中x＝0～0.08，y＝0.04～0.08。另外本发明还提供了该宽工作温区高介电性能的无铅电子陶瓷材料的制备方法。本发明对现有的钙钛矿结构的无铅压电陶瓷进行改性，通过Mg替代Ti或在Ti位掺Mg合成单相新型材料，相对于现有未掺Mg的无铅压电陶瓷材料而言，本发明的宽工作温区高介电性能的无铅电子陶瓷材料具有高介电常数和较低的最小介电损耗，同时通过改变掺Mg的量可得到具有不同性能陶瓷片，从而可应用于不同性能要求的器件中，应用范围广。

技术领域

本发明属于电子陶瓷元件制备技术领域，具体涉及一种宽工作温区高介电性能的无铅电子陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷作为一类重要的功能材料，在无损检测、超声换能、传感器等领域有着广泛的应用，也是一类国际竞争激烈的高技术新材料。而目前占主导地位的还是以锆钛酸铅(简称PZT)基为主的铅基压电陶瓷，其中氧化铅或四氧化三铅约占原材料总重量一半以上，在制备、使用和废弃过程中都会给环境和人类的健康带来严重的危害。因此开发出非铅基环境协调性绿色压电陶瓷材料是一项紧迫且具有重大实用意义的课题。

事实上，在压电陶瓷无铅化的研究与开发上世界各国均进行了不少的工作，取得了局部性的进展。从结构组分来看，可供选择的无铅压电陶瓷组分主要有:钙钛矿结构(如BaTiO₃，NaNbO₃-KNbO₃，Bi_0.5Na_0.5TiO₃(BNT)等),铋层状结构(如Bi₄Ti₃O₁₂，CaBi₄Ti₄O₁₅等)及钨青铜结构(如Sr_xBa_1–xNb₂O₆Ba₂，NaNb₅O₁₅等)三类。无铅压电陶瓷体系中，钙钛矿结构的Na_0.5Bi_0.5TiO₃(简称BNT)是较早发现的典型的无铅材料，为A位复合离子钙钛矿型铁电体，室温下属三方晶相，居里温度Tc为320℃。BNT具有强铁电性，压电性能良好(BNT陶瓷的机电耦合系数k₁₁、k₃₃约在50％左右)，介电常数较小(240～340)及声学性能佳、烧结温度低等特点，是目前研究最广泛、最具有实用化前景的无铅压电陶瓷体系之一。但其居里温度较低且介电常数过小，远不及有铅压电材料介电常数高(约为2000左右)，因此，开发介电常数大、介电损耗低、居里温度高、声学性能佳的无铅压电陶瓷材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种宽工作温区高介电性能的无铅电子陶瓷材料，采用传统固相反应法即可制得，具有介电常数大、最小介电损耗低、居里温度高、声学性能佳等优点。

为此，本发明实施例提供了一种宽工作温区高介电性能的无铅电子陶瓷材料，化学通式为Na_0.5Bi_4.5Ti_4-xMg_yO_15-2x+y，其中x＝0～0.08，y＝0.04～0.08。

进一步的，所述无铅电子陶瓷材料化学通式中：x＝0，y＝0.04～0.08。

进一步的，所述无铅电子陶瓷材料化学通式中：y＝x，y＝0.04～0.08。

进一步的，所述无铅电子陶瓷材料的介电常数为1538.75～2324.03，最小介电损耗为0.00203259～0.00352346。