[发明专利]一种具有大压电应变记忆特性的无铅铁电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有大压电应变记忆特性的无铅铁电陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料组成为：Bi_0.53Na_0.5TiO₃+0.05wt%LiVO₃+0.1wt%MnO₂。用微波快速烧结结合快速水冷制得，产品经实验测量，具有非常优异的压电应变记忆特性，最大压电应变记忆效应ΔS=0.46%，工艺简单，成本低廉，适合大规模工业生产。

技术领域

本发明涉及应变驱动用的无铅铁电陶瓷材料，具体是一种ABO₃型钙钛矿结构，具有大压电应变记忆特性的钛酸铋钠(BNT)基无铅铁电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

铁电材料具有压电性、介电性、热释电性、光电效应、声光效应、光折变效应以及非线性光学效应等众多性能，可用于制备换能器、微位移器、传感器、谐振器及滤波器等一系列电子元件。是一种不可或缺的高技术新材料之一。由于铅的污染问题，许多国家与地区通过法律、法规、政府指令等形式对含铅电子产品加以禁止，高性能无铅铁电材料的研究是当前非常迫切解决的问题。

铁电陶瓷在电场作用下产生压电应变，可以用来作为驱动器，微位移测量仪。但是，这种应变在电场撤消后消失，不能持续产生驱动。在一些特殊的应用场合，需要再施加一次电场后，能产生永久的驱动力，这种器件的应用需要大的压电应变记忆效应。钛酸铋钠(BNT)基无铅陶瓷具有较强的铁电性，非常具有开发潜力，是获得广泛关注的材料之一。目前钛酸铋钠(BNT)基的压电应变记忆效应还很少报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种ABO₃型钙钛矿结构，具有大压电应变记忆效应的钛酸铋钠(BNT)基无铅铁电陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料性能优异，最大压电应变记忆效应ΔS=0.46%，工艺简单，成本低廉，适合大规模工业生产。

本发明具有大压电应变记忆效应的无铅铁电陶瓷材料，组成为：

Bi_0.53Na_0.5TiO₃+0.05wt%LiVO₃+0.1wt%MnO₂。

上述具有大压电应变记忆效应的无铅铁电陶瓷材料的制备方法，采用微波陶瓷烧结法，结合水冷快速冷却速度，具体包括如下步骤：

（1）按照Bi_0.53Na_0.5TiO₃+0.05wt%LiVO₃+0.1wt%MnO₂的化学计量分别称取分

析纯原料Bi₂O₃、Li₂CO₃、V₂O₅、Na₂CO₃、MnO₂和TiO₂，装入球磨罐中，以氧化锆为磨球、无水乙醇为球磨介质，充分混合球磨24小时，分离磨球，将原料在60℃烘干；

（2）烘干后的粉料压制成大块坯体，放入高铝坩埚加盖，于820℃保温2小时合

成固溶体；

（3）将合成的固溶体在100Mpa冷等静压成型；

（4）成型的原料采用微波烧结，30℃/min快速升温至1080℃保温80分钟，烧结成瓷，然后取出样品快速水冷至室温；

（5）烧结后的样品加工成两面光滑、厚度约0.5mm的薄片，两面镀银电极制备成具有大压电应变记忆特性的无铅铁电陶瓷材料。