[发明专利]一种[100]方向织构化钛酸钡压电陶瓷制备方法

说明书

本发明公开了一种[100]方向织构化钛酸钡压电陶瓷制备方法。该方法以二维钛酸钡介观晶体和钛酸钡粉末为原料，采用流延法将浆料制备膜片，膜片制成生坯后经过热处理，得到[100]方向织构化钛酸钡陶瓷。该方法利用压电材料各向异性和介观晶体的拓扑介观转变，制备钛酸钡压电陶瓷；该方法以径高比大、取向性良好的片状钛酸钡介观晶体为反应模板，克服了传统钛酸钡颗粒随机生长性，得到的[100]方向的织构陶瓷材料能够极大提高钛酸钡陶瓷的压电性能；制备得到的钛酸钡压电陶瓷颗粒小，密度高，其在[100]方向的取向度为28‑80.6％，压电常数达到154‑322pC/N，可广泛应用于压电传感器，多层电容器及内存器。

技术领域

本发明属于压电陶瓷制备技术领域，具体涉及一种[100]方向织构化钛酸钡压电陶瓷的制备方法。

背景技术

压电陶瓷材料是一种非常重要的功能材料，广泛应用于信息、航天、电子、传感器等领域。长期以来，锆钛酸铅(PZT)陶瓷材料具有优良的铁电性能、介电性能、压电性能及光学性能等。但是，由于PZT陶瓷材料是一种含铅材料，在其制备和应用过程中产生的铅会导致环境受污染、甚至人体铅中毒。因此，关于环境友好型、压电性能良好的无铅压电材料的研究备受关注。

钛酸钡陶瓷是一种典型的具有铁电性能的钙钛矿结构的无铅压电陶瓷，广泛应用于永久性存储器、传感器、制动器等设备中。以碳酸钡和锐钛矿二氧化钛为原料，采用传统烧结法制得的普通钛酸钡的压电常数约为190pC/N，其压电性能远远小于锆钛酸铅陶瓷材料。为提高钛酸钡的压电性能，目前研究者们主要通过控制钛酸钡形貌、尺寸、改善制备工艺等方面来提高钛酸钡陶瓷的压电性能。中国专利CN105418067A以锆钛酸钡钙(分子式Ba_0.85Ca_0.15Ti_0.90Zr_0.10O₃)为基体，使用片状BaTiO₃作为定向模板，通过反应模板晶粒生长的方法，制备出了织构度高达96％，压电常数高达290pC/N的织构陶瓷。中国专利CN103613382A采用熔盐法制得的Bi₄Ti₃O₁₂片状粉体为模板，采用模板晶粒生长法制备的一种高取向生长的BNBK织构陶瓷材料的压电常数高达210pC/N。日本学者Takahashi等通过微波烧结法用纳米尺寸的球状钛酸钡粉末为原料制得的钛酸钡陶瓷具有较高的d33值(350pC/N)。WadaS等采用模板晶粒生长法，以片状钛酸钡颗粒为模板，水热合成不同晶粒尺寸的球状钛酸钡为基质制备[110]方向的钛酸钡陶瓷，该材料具有很高的压电常数(788pC/N)。在《钛酸钡模板织构化压电陶瓷的组织与性能》(西安工业大学，张治钢，2010年)一文中，公开了采用片状钛酸钡(晶带主轴都为100面)作为模板制备织构化钛酸钡陶瓷，但是该文献中同时说明其片状钛酸钡直径为10-20微米，厚度约2微米，且得到的压电陶瓷其压电与介电性能较低，在1200℃下烧结，模板剂加入量为15％时，其压电常数最好，也仅为59pC/N。

发明内容

本发明的目的是针对现有单独采用片状钛酸钡为模板制备织构化钛酸钡陶瓷压电性能极低的缺陷，提供一种以钛酸钡介观晶体为反应模板，通过流延法制备得到钛酸钡压电陶瓷的制备方法，得到的钛酸钡压电陶瓷在[100]方向具有高度织构化，且压电常数可以达到154pC/N以上。

为了实现本发明的目的，本发明人通过大量试验研究并不懈努力，最终获得如下技术方案：一种[100]方向织构化钛酸钡压电陶瓷制备方法：包括如下步骤：

(1)将钛酸钡粉体与钛酸钡介观晶体及助剂加入溶剂中混合，并球磨得到混合物，将混合物制备成浆料；

(2)采用流延法将浆料制备膜片，膜片制成生坯后经过热处理，得到[100]方向织构化钛酸钡陶瓷。

进一步优选地，本发明所述所述[100]方向织构化钛酸钡压电陶瓷制备方法，其中步骤(2)中，所述浆料中钛酸钡介观晶体作为反应模板。