[发明专利]一种无铅压电陶瓷的制备方法

说明书

本发明提供了一种无铅压电陶瓷及其制备方法。制备方法如下：（1）制备Bi₃Zr₂TiNO₁₁纳米粉末；（2）以BaCl₂、Na₂CO₃、Y₂O₃、Cs₂CO₃、TiB₂、SrCO₃、Bi₃Zr₂TiNO₁₁纳米粉末为原料，以无水乙醇作为球磨介质，球磨成粉末；（3）将浆料烘干，加入聚乙烯醇水溶液作为粘合剂，放置24h，过150‑200目的筛，将得到的粉料压片成型为坯；（4）将坯料放入马弗炉中排塑，经排塑处理后，在高温下烧结制备成陶瓷；（5）将烧结过的陶瓷表面抛光后镀银电极，然后放入硅油中，极化即可。本发明的压电陶瓷一种性能优良、高机械品质因数的压电陶瓷材料。

技术领域

本发明涉及压电陶瓷材料领域，具体涉及一种无铅压电陶瓷的制备方法。

背景技术

压电陶瓷是一种能够实现机械能和电能相互转换的功能陶瓷材料。与压电单晶材料相比，具有机电耦合系数高，压电性能可调节性好，化学性质稳定，易于制备且能制得各种形状、尺寸和任意极化方向的产品，价格低廉等优点，被广泛应用于卫星广播、电子设备、生物以及航空航天等高新技术领域。

然而，目前所使用的压电陶瓷体系主要是铅基压电陶瓷，这些陶瓷材料中PbO(或Pb₃O₄)的含量约占原料总质量的70%左右。由于PbO、Pb₃O₄等含铅化合物在高温时的挥发性，这些陶瓷在生产、使用及废弃过程中都会对人类健康和生态环境造成很大的危害。如果对含铅陶瓷器件回收实施无公害处理，所需成本也会很高。另一方面，PbO的挥发也会造成陶瓷的化学计量比偏离配方中的化学计量比，造成产品的一致性和重复性降低。因此，研制和开发对环境友好的无铅压电陶瓷成为一项紧迫且具有重大实用意义的课题，通过掺杂、取代改性和提高陶瓷制备工艺等方法，无铅压电陶瓷的性能得到了很大程度的提高，而且很多性能均已达到可应用的水平。但与铅基压电陶瓷相比，无铅压电陶瓷的性能还存在较大差距，远未达到取代铅基压电陶瓷的水平。因此，要扩展无铅压电陶瓷的应用范围，还需要进一步提高其性能，特别是机电耦合系数、压电性能等。在众多无铅压电陶瓷中，A位复合钙钛矿陶瓷Bi0 _.5Na_{0 .5}TiO₃( BNT )由于其优异的电学性能被认为是最能够取代铅基压电陶瓷的候选材料。但是纯的BNT陶瓷具有大的矫顽场强（E c≈7 .3k V/mm）和高的漏电流，造成纯Bi_{0 .5}Na0 _.5TiO₃陶瓷极化困难，压电常数d33≈73pC/N，无法满足实际应用的要求，而且操作工艺复杂，制备出的压电陶瓷材料性能差，纯的BNT陶瓷烧结温区窄、致密度欠佳、物理化学性质不稳定限制了其在实际中的应用。

纳米技术的出现和发展为无铅压电陶瓷性能的提高提供了很好的机会和平台,因为纳米材料具有不同于其块体的、新颖的物理和化学性质。研究表明， 如果无铅压电陶瓷的原材料尺寸在纳米量级, 则通过控制无铅压电陶瓷纳米粉体(原材料)中的1 种或几种组分的参数, 如组成、尺寸、形状、均一性等, 陶瓷性能将得到很大改善。

发明内容

要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种无铅压电陶瓷，可有效解决生产工艺复杂，烧结困难，压电陶瓷性能差，达不到实际应用中的要求问题。并进一步提高其性能，特别是机电耦合系数、压电性能和机械品质因素。

技术方案：一种无铅压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：