[发明专利]一种高居里温度无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高居里温度无铅压电陶瓷及其制备方法。所述高居里温度无铅压电陶瓷是通过高温固相反应法制备得到片状高纯粉末，进而用固相法进行陶瓷烧结，从而制备得到层状钙钛矿结构高居里温度压电陶瓷，其化学通式为RbANb₂O₇(A＝Bi,Pr)。本发明可解决现有压电陶瓷在高温条件下压电性能无法满足要求的问题，可以在400℃以上使用，具有超高居里温度和稳定适中的压电系数。所制备RbBiNb₂O₇陶瓷居里温度点高达1069±5℃，压电系数为3.1pC/N；RbPrNb₂O₇陶瓷居里温度点高达1081±5℃，压电系数为2.1pC/N。

技术领域

本发明属于压电陶瓷领域，具体涉及一种高居里温度无铅压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

压电铁电材料在军事、航天、工业、民用等领域应用广泛，如在压电式压力传感器、换能器、压电驱动器等电子元器件中压电材料都是核心材料。传统压电铁电材料主要是以含铅的锆钛酸铅(PZT)系材料为主，合成原料的主要成分包括氧化铅(PbO)。氧化铅是一种易挥发的有毒物质，在生产、使用及废弃后的处理过程中，都会给人类和生态环境造成损害。近年来，随着相关立法机构提出的环保议案和公众环保意识的增强，无铅压电铁电材料已成为高技术新材料的研发热点。

目前，虽然无铅压电铁电材料被大量研究，但是具有高居里温度且性能优异的无铅压电铁电材料的种类却十分有限。典型的应用如在飞机、汽车发动机、飞行记录器、火箭喷射器、行星探测器、核快中子增殖反应堆、地热勘探等领域，其工作温度需达到400℃甚至更高温度。通常，压电陶瓷材料的工作温度一般是其居里温度的一半左右，且其居里温度决定了材料服役温度的上限，大于居里温度该压电体就会变成顺电相，从而失去压电性能。最常用的压电陶瓷锆钛酸铅(PZT)的T_c一般低于360℃，因此，其实际使用温度180℃完全限制了使用范围。那么研究具有超高居里温度的压电陶瓷对高温压电器件的使用具有重要意义。铋层状结构(BLFS)陶瓷是目前被大量研究的高居里温度压电材料，但是其居里温度一般不超过880℃，在某些使用温度条件更加严苛的环境中难以应用。而层状钙钛矿结构陶瓷具有更高的居里温度，一般大于1000℃，最高可达1525℃，且其材料体系多样，可以根据不同的工作环境选择相应的材料体系将其特殊应用在某些温度条件更加严苛的环境中。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种高居里温度无铅压电陶瓷材料。所述高居里温度无铅压电陶瓷是通过高温固相反应法制备得到片状高纯粉末，进而用传统固相法进行烧结制备得到的层状钙钛矿结构高温压电陶瓷，其化学通式为RbANb₂O₇(A＝Bi,Pr)。本发明所述的高温压电陶瓷具有超高居里温度，适中的压电系数，可以使该陶瓷在高温条件下仍然具有较好的综合电学性能。

本发明的另一目的在于提供上述高居里温度无铅压电陶瓷材料的制备方法。本发明提供的制备工艺简单环保，制备原料中不含易挥发性的铅等有毒物质，可以有效制备得到对环境友好的无铅压电陶瓷，且适合大量生产。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种高居里温度无铅压电陶瓷，所述高居里温度无铅压电陶瓷以Rb₂CO₃、Nb₂O₅、Bi₂O₃或Pr₆O₁₁为原料，先通过高温固相反应法制备得到片状高纯粉末，再用固相法进行烧结制备得到；其化学通式为RbANb₂O₇(A＝Bi,Pr)。

上述高居里温度无铅压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：