[发明专利]一种用于高温压电传感器的压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于高温压电传感器的压电陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料的化学配比式为：Ca_{1‑x‑y‑z}(LM)_x/2N_y(NaBi)_z/2Bi₂Ta₂O₉；该陶瓷材料的化学配比式为：Ca_{1‑x‑y‑z}(LM)_x/2N_y(NaBi)_z/2Bi₂Ta₂O₉；其中L表示Li、Na、K；M表示镧系金属元素或Bi；N表示Sr或+2价空位；式中0≤x+y+z≤1，且0≤x≤0.4，0≤y≤0.1，0≤z≤1；当z≠0时，(LM)组合不能是(NaBi)。本发明压电陶瓷材料兼具居里温度高、高温直流电阻率大、压电活性好、热稳定性好的优点。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种用于高温压电传感器的压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷是一种能够实现机械能与电能相互转换的重要新型功能材料，已被广泛用于航空航天、汽车、通讯、消费类电子产品等众多领域。以锆钛酸铅(PZT)为代表的铅基压电陶瓷因其优异的压电、介电性质是目前应用最为广泛的压电陶瓷材料。随着科学技术的发展与进步，一些高技术领域，比如航空航天、航海、核能、地质勘探等，对压电陶瓷提出了迫切而苛刻的应用需求，要求压电陶瓷能够长时间耐受高温(T 400 ℃)。根据压电器件应用经验，其正常工作的上限温度通常为1/2T_C或2/3T_C，这就意味着压电陶瓷的居里温度T_C至少高于600 ℃。目前商用PZT基压电陶瓷T_C通常不高于380 ℃，显然不能满足高温环境应用。

铋层状结构铁电体居里温度普遍超过500 ℃，比如CaBi₂Ti₄O₁₅ (CBT)居里温度约为790 ℃，Na_0.5Bi_2.5Nb₂O₉ (NBN)居里温度约为780 ℃，CaBi₂Nb₂O₉ (CBN)居里温度约为940℃。尽管铋层状结构铁电体具有高的居里温度，但是由于其特殊的晶体结构使其自发极化被限制在二维平面内，因而其压电性很差。虽然人们通过离子掺杂或者制备工艺改进能有效增强其压电活性，但是随着掺杂离子的引入，居里温度通常显著降低，并且高温电阻率ρ_{(@650 ℃)} 通常低于10⁵ Ω·cm量级，将严重影响高温压电传感器的温度稳定性。