專利名稱：一種鋯鈦酸鋇鈣無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種鋯鈦酸鋇鈣無(wú)鉛壓電陶瓷及其制 備方法。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷材料是指經(jīng)直流高壓極化后，具有壓電效應(yīng)的鐵電陶瓷材料，廣泛應(yīng)用 于壓電陶瓷諧振器、壓電濾波器、壓電蜂鳴器、超聲換能器及壓電陶瓷變壓器等電子元器 件。傳統(tǒng)的壓電陶瓷材料中應(yīng)用最廣泛、最成熟的是含鉛的Pb(Zr，Ti)03(簡(jiǎn)寫(xiě)為PZT)基 多晶材料，但PZT陶瓷的主要成分是PbO，而PbO的熔點(diǎn)為889°C，是一種易揮發(fā)的有毒物 質(zhì)，由此引起鉛污染的嚴(yán)峻問(wèn)題，隨著世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，勢(shì)必采用無(wú)鉛的壓電材 料來(lái)替代傳統(tǒng)的鉛基壓電陶瓷材料，以減少環(huán)境污染。無(wú)鉛壓電陶瓷由于其良好的應(yīng)用前景及具有無(wú)污染、無(wú)公害、有利于環(huán)境保護(hù)的 重大意義，美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)該類材料的研究給予高度重視。2002年歐州議會(huì)和歐盟 理事會(huì)通過(guò)了關(guān)于《電器和電子設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令》的法規(guī)，其中包括高 熔點(diǎn)的含鉛焊錫、含鉛的壓電器件、電子元件中的含鉛玻璃等，實(shí)施時(shí)間為2006 2008年； 日本已經(jīng)宣布將在2006 2010年間實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷的無(wú)鉛化；近日，國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部正在制 訂的《電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)污染防治管理辦法》將于今年底正式出臺(tái)，到時(shí)家電產(chǎn)品將確定安 全使用期限。從立法、貿(mào)易壁壘(WTO)和增強(qiáng)企業(yè)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力等方面來(lái)看， 研究和開(kāi)發(fā)無(wú)鉛壓電陶瓷以替代傳統(tǒng)的PZT基材料，已成為一項(xiàng)緊迫的戰(zhàn)略性課題。目前，人們研究的無(wú)鉛壓電陶瓷體系主要有⑴鈣鈦礦結(jié)構(gòu)無(wú)鉛壓電陶瓷；⑵ 鉍層狀結(jié)構(gòu)無(wú)鉛壓電陶瓷；(3)鎢青銅結(jié)構(gòu)無(wú)鉛壓電陶瓷等。一般來(lái)說(shuō)，鉍層狀結(jié)構(gòu)無(wú)鉛 壓電陶瓷居里溫度較高，各向異性大而壓電活性較低，Haixue Yan等研究了鉍層結(jié)構(gòu)的 CaBi2Nb2O9陶瓷(簡(jiǎn)寫(xiě)為CBN0)，其居里溫度Te為943°C，但其壓電常數(shù)非常低，OF CBNO的壓 電常數(shù) d33 約為 7. 5pC/N, SPS (丄)和 SPS (//) CBNO 的 d33 分別為 19. 5pC/N、0. 2pC/N(Haixue Yan, Hongtao Zhang, Rick Ubic, MichaelJ. Reece, Jing Liu, Zhijian Shen and Zhen Zhang. A Lead-Free High-Curie-PointFerroelectric Ceramic, CaBi2Nb2O9[J]. Advanced Materials, 2005,17 :1261-1265)。鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷具有自發(fā)極化強(qiáng)度較大、居里溫度較高、 介電常數(shù)較低等特點(diǎn)，其成分與構(gòu)造對(duì)它的鐵電性能有重要影響，研究較多的鎢青銅結(jié)構(gòu) 無(wú)鉛壓電材料是鈮酸鍶鋇，但對(duì)此體系陶瓷壓電性能的報(bào)道較少(彭春娥李敬鋒.無(wú)鉛壓 電陶瓷的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2005，3:45-51)。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)具有相對(duì)較高的 壓電常數(shù)，BaTiO3陶瓷具有中等壓電性能，d33為191pC/N。在公開(kāi)號(hào)為CN 1715242A的發(fā) 明專利中，李龍土等研究了(1-x) Bil72 (Na1^zKz) 1/2Ti03-xBa (ZryTi1^y) O3陶瓷的壓電性能，其 壓電常數(shù)d33達(dá)165pC/N。賃敦敏等公布的公開(kāi)號(hào)為CN 101239824A的發(fā)明專利中，(l_z) (VxNax)NbO3-ZBa(Ti1Jry) O3陶瓷的d33值達(dá)到234pC/N。然而不論上述哪種結(jié)構(gòu)的無(wú)鉛壓 電陶瓷，與Pb (Zr，Ti)O3基壓電陶瓷相比存在壓電活性低的問(wèn)題，特別是傳統(tǒng)壓電陶瓷工藝 制備出的無(wú)鉛壓電陶瓷的壓電常數(shù)d33很難高于250pC/N，阻礙其實(shí)際應(yīng)用，因此改進(jìn)性能、提高壓電活性就成為研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。特別是我國(guó)加入WTO后，成功開(kāi)發(fā)出具有原始創(chuàng) 新性的、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、性能優(yōu)良的無(wú)鉛壓電陶瓷體系，對(duì)我國(guó)壓電陶瓷產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)， 既是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，又是騰飛的機(jī)遇。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有壓電陶瓷因含鉛而在使用和廢棄后處理過(guò)程中給環(huán)境造成污染的問(wèn) 題，以及提高無(wú)鉛系列壓電陶瓷的壓電性能，本發(fā)明提出一種鋯鈦酸鋇鈣無(wú)鉛壓電陶瓷及 其制備方法。本發(fā)明的組成為(I-X)Ba(Tia8Zra2)O3-X(Baa7Caa3)TiO3,其中χ = 0. 45 0. 60。本發(fā)明的制備步驟包括第一步，制備BaTi03、BaZrO3和CaTiO3粉體；制備BaTiO3粉體設(shè)η為物質(zhì)的量， 以分析純的徹0)3、1102為原料，按11 ￡10)3) η(TiO2) = 1 1稱量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì) 中球磨12h，于50 60°C下保溫8 20h烘干粉料后，在1000 1200°C預(yù)燒2 6h，得到 BaTiO3粉體；制備BaZrO3粉體以分析純的BaCO3> ZrO2為原料，按η (BaCO3) η (ZrO2)= 1 1稱量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50 60°C下保溫8 20h烘干粉料后，在 1000 1200°C預(yù)燒2 6h，得到BaZrO3粉體；制備CaTiO3粉體以分析純的CaCO3^TiO2為 原料，按Ii(CaCO3) η(TiO2) = 1 1稱量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50 60°C 下保溫8 20h烘干粉料后，在1000 1200°C預(yù)燒2 6h，得到CaTiO3粉體；第二步，制備Ba (Tia8Zr。.2)03、(Baa7Caa 3) TiO3 粉體；制備 Ba (Tia8Zra2) O3 粉體以 上一步獲得的BaTi03、Ba&03粉體為原料，按η (BaTiO3) η (BaZrO3) =4 1稱量配料， 在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50 60°C下保溫8 20h烘干粉料后，在1200 1400°C預(yù) 燒2 6h，得到Ba(Tia8Zra2)O3粉體；制備(Baa7Caa3)TiO3粉體以上一步獲得的BaTiO3^ CaTiO3粉體為原料，按Ii(BaTiO3) Ii(CaTiO3) =7 3稱量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球 磨12h，于50 60°C下保溫8 20h烘干粉料后，在1200 1400°C預(yù)燒2 6h，得到 (Baa7Catl. 3) TiO3 粉體；第三步，混料和成型；根據(jù)組成(I-X)Ba(Tia8Zra2)O3-X(Baa7Caa3)TiO3,以所獲得 的 Ba(Tia8Zra2)O3 和(Baa7Caa3)TiO3 粉體為原料，按 Ii(Ba(Tia8Zra2)O3) η((Ba0.7Ca0.3) TiO3) = (1-x) χ稱量配料，其中χ = 0. 45 0. 60,并在無(wú)水乙醇介質(zhì)中混合球磨12h， 于50 60°C下保溫8 20h烘干粉料后，添加5wt%的PVA造粒，在100 200MPa的壓強(qiáng) 下壓制成型；第四步，燒結(jié)；將陶瓷生坯充分排膠后，在1400 1500°C中燒結(jié)2 6h，制備出鋯 鈦酸鋇鈣陶瓷。對(duì)獲得的鋯鈦酸鋇鈣無(wú)鉛壓電陶瓷細(xì)磨加工，超聲清洗后被銀電極，用于壓電性 能測(cè)試。本發(fā)明所提供的鋯鈦酸鋇鈣陶瓷為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的壓電體，在室溫下四方相和菱方 相共存，根據(jù)準(zhǔn)同型相界理論可知，本陶瓷壓電性能可以得到明顯改善。由上述可知，選取 兩步預(yù)燒的方法，克服了已有鉛基材料的固有缺陷，并改進(jìn)了現(xiàn)有無(wú)鉛壓電陶瓷的性能。本發(fā)明制備的(I-X)Ba(Tia8Zra2)O3-X(Baa7Caa3)TiO3陶瓷材料，獲得了較高的密 度和高壓電性能，壓電常數(shù)d33均大于240pC/N，機(jī)電耦合系數(shù)kp均大于0. 40。與其它無(wú)鉛壓電陶瓷相比，其壓電常數(shù)較高，并已達(dá)到商業(yè)化的傳統(tǒng)PZT壓電陶瓷的性能。本發(fā)明的制 備工藝穩(wěn)定可靠，以操作簡(jiǎn)單的工藝獲得較大的壓電常數(shù)，非常有希望取代PZT材料，在工 業(yè)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。


圖1是鋯鈦酸鋇鈣陶瓷制備方法的流程圖。圖2是實(shí)施例一至實(shí)施例四樣品的XRD圖譜，其中a為實(shí)施例一中樣品的XRD圖 譜；b為實(shí)施例二中樣品的XRD圖譜；c為實(shí)施例三中樣品的XRD圖譜；d表示實(shí)施例四中樣 品的XRD圖譜。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例的組分為(I-X)Ba(Tia8Zra2)O3-X(Baa7Caa3)TiO3,其中χ = 0. 45。第一步，制備BaTi03、BaZrO3和CaTiO3粉體；制備BaTiO3粉體設(shè)η表示物質(zhì)的 量，以分析純的BaCO3JiO2為原料，按η (BaCO3) η (TiO2) = 1 1稱量配料，在無(wú)水乙醇 介質(zhì)中球磨12h，于50°C下保溫14h烘干粉料后，在1100°C預(yù)燒4h，得到BaTiO3粉體；制備 Ba&03粉體以分析純的BaCO3、&O2為原料，按η (BaCO3) η (ZrO2) = 1 1稱量配料，在 無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50°C下保溫14h烘干粉料后，在1100°C預(yù)燒4h，得到徹&03粉 體；制備CaTiO3粉體以分析純的CaCO3> TiO2為原料，按η (CaCO3) η (TiO2) =1 1稱 量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50°C下保溫14h烘干粉料后，在1100°C預(yù)燒4h，得 到CaTiO3粉體。其中BaCO3> TiO2和ZrO2的純度為99%, CaCO3的純度為99. 95% ；第二步，制備Ba(Ti0.8Zr0.2)03、(Baa7Caa3)TiO3 粉體；制備 Ba(Tia8Zra2)O3 粉體 以上一步獲得的BaTi03、Ba&03粉體為原料，按Ii(BaTiO3) η(BaZrO3) =4 1稱量配 料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50°C下保溫14h烘干粉料后，在1300°C預(yù)燒4h，得到 Ba(Tia8Zra2)O3粉體；制備(Baa7Caa3)TiO3粉體以上一步獲得的BaTiO3^CaTiO3粉體為原 料，按Ii(BaTiO3) Ii(CaTiO3) =7 3稱量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50°C下保 溫14h烘干粉料后，在1300°C預(yù)燒4h，得到(Baa7Caa3)TiO3粉體；第三步，混料和成型；根據(jù)組成(1-x)Ba(Tia8Zra JO3-X(Baa7Caa3)TiO3稱量配料， 其中χ為0. 45 JfBa(Tia8Zra2)OjP (Baa7Caa3) TiO3粉體在無(wú)水乙醇介質(zhì)中混合球磨12h， 于50°C下保溫14h烘干粉料后，添加5襯％的PVA造粒，在IOOMPa的壓強(qiáng)下壓制成型；第四步，燒結(jié)；將陶瓷生坯充分排膠后，在1450°C中燒結(jié)4h，制備出鋯鈦酸鋇鈣陶
ο圖2(a)給出了樣品的XRD圖譜，可見(jiàn)材料主晶相為鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)。樣品的電學(xué)性 能見(jiàn)表1，其壓電常數(shù)d33彡290pC/N，機(jī)電耦合系數(shù)kp為0. 42，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm為189。實(shí)施例二本實(shí)施例的組分為(I-X)Ba(Tia8Zra2)O3-X(Baa7Caa3)TiO3,其中χ = 0. 50。第一步，制備BaTi03、BaZrO3和CaTiO3粉體；制備BaTiO3粉體設(shè)η表示物質(zhì)的 量，以分析純的BaCO3JiO2為原料，按η (BaCO3) η (TiO2) = 1 1稱量配料，在無(wú)水乙醇 介質(zhì)中球磨12h，于60°C下保溫8h烘干粉料后，在1200°C預(yù)燒2h，得到BaTiO3粉體；制備Ba&03粉體以分析純的BaCO3、&O2為原料，按η (BaCO3) η (ZrO2) = 1 1稱量配料，在 無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于60°C下保溫8h烘干粉料后，在1200°C預(yù)燒2h，得到BdrO3粉 體；制備CaTiO3粉體以分析純的CaCO3> TiO2為原料，按η (CaCO3) η (TiO2) =1 1稱 量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于60°C下保溫8h烘干粉料后，在1200°C預(yù)燒2h，得到 CaTiO3粉體。其中BaC03、TiO2和的純度為99%，CaCO3的純度為99. 95% ；第二步，制備Ba(Ti0.8Zr0.2)03、(Baa7Caa3)TiO3 粉體；制備 Ba(Tia8Zra2)O3 粉體 以上一步獲得的BaTi03、Ba&03粉體為原料，按Ii(BaTiO3) η(BaZrO3) =4 1稱量配 料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于60°C下保溫8h烘干粉料后，在1400°C預(yù)燒2h，得到 Ba(Tia8Zra2)O3粉體；制備(Baa7Caa3)TiO3粉體以上一步所制的BaTiO3^CaTiO3粉體為原 料，按Ii(BaTiO3) Ii(CaTiO3) =7 3稱量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于60°C下保 溫8h烘干粉料后，在1400°C預(yù)燒2h，得到(Baa7Caa3)TiO3粉體；第三步，混料和成型；根據(jù)組成(1-x)Ba(Tia8Zra JO3-X(Baa7Caa3)TiO3稱量配料， 其中χ為0. 50 JfBa(Tia8Zra2)OjP (Baa7Caa3) TiO3粉體在無(wú)水乙醇介質(zhì)中混合球磨12h， 于60°C下保溫8h烘干粉料后，添加5wt%的PVA造粒，在IOOMPa的壓強(qiáng)下壓制成型；第四步，燒結(jié)；將陶瓷生坯充分排膠后，在1500°C中燒結(jié)2h，制備出鋯鈦酸鋇鈣陶
ο圖2(b)給出了樣品的XRD圖譜，可見(jiàn)材料主晶相為鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)。樣品的電學(xué)性 能見(jiàn)表1，其壓電常數(shù)d33彡385pC/N，機(jī)電耦合系數(shù)kp為0. 46，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm為124。實(shí)施例三本實(shí)施例的組分為(I-X)Ba(Tia8Zra2)O3-X(Baa7Caa3)TiO3,其中χ = 0. 55。第一步，制備BaTi03、BaZrO3和CaTiO3粉體；制備BaTiO3粉體設(shè)η表示物質(zhì)的 量，以分析純的BaCO3JiO2為原料，按η (BaCO3) η (TiO2) = 1 1稱量配料，在無(wú)水乙醇 介質(zhì)中球磨12h，于50°C下保溫20h烘干粉料后，在1000°C預(yù)燒6h，得到BaTiO3粉體；制備 Ba&03粉體以分析純的BaCO3、&O2為原料，按η (BaCO3) η (ZrO2) = 1 1稱量配料，在 無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50°C下保溫20h烘干粉料后，在1000°C預(yù)燒6h，得到BdrO3粉 體；制備CaTiO3粉體以分析純的CaCO3> TiO2為原料，按η (CaCO3) η (TiO2) =1 1稱 量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50°C下保溫20h烘干粉料后，在1000°C預(yù)燒6h，得 到CaTiO3粉體。其中BaCO3> TiO2和ZrO2的純度為99%, CaCO3的純度為99. 95% ；第二步，制備Ba(Ti0.8Zr0.2)03、(Baa7Caa3)TiO3 粉體；制備 Ba(Tia8Zra2)O3 粉體 以上一步獲得的BaTi03、Ba&03粉體為原料，按Ii(BaTiO3) η(BaZrO3) =4 1稱量配 料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50°C下保溫20h烘干粉料后，在1200°C預(yù)燒6h，得到 Ba(Tia8Zra2)O3粉體；制備(Baa7Caa3)TiO3粉體以上一步所制的BaTiO3^CaTiO3粉體為原 料，按Ii(BaTiO3) Ii(CaTiO3) =7 3稱量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50°C下保 溫20h烘干粉料后，在1200°C預(yù)燒6h，得到(Baa7Caa3)TiO3粉體；第三步，混料和成型；根據(jù)組成(1-x)Ba(Tia8Zra JO3-X(Baa7Caa3)TiO3稱量配料， 其中χ為0. 55 JfBa(Tia8Zra2)OjP (Baa7Caa3) TiO3粉體在無(wú)水乙醇介質(zhì)中混合球磨12h， 于50°C下保溫20h烘干粉料后，添加5wt%的PVA造粒，在200MPa的壓強(qiáng)下壓制成型；第四步，燒結(jié)；將陶瓷生坯充分排膠后，在1400°C中燒結(jié)6h，制備出鋯鈦酸鋇鈣陶
ο
圖2(c)給出了樣品的XRD圖譜，可見(jiàn)材料主晶相為鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)。樣品的電學(xué)性 能見(jiàn)表1，其壓電常數(shù)d33彡304pC/N，機(jī)電耦合系數(shù)kp為0. 41，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm為174。實(shí)施例四本實(shí)施例的組分為(I-X)Ba(Tia8Zra2)O3-X(Baa7Caa3)TiO3,其中χ = 0. 60。第一步，制備BaTi03、BaZrO3和CaTiO3粉體；制備BaTiO3粉體設(shè)η表示物質(zhì)的 量，以分析純的BaCO3JiO2為原料，按η (BaCO3) η (TiO2) = 1 1稱量配料，在無(wú)水乙醇 介質(zhì)中球磨12h，于50°C下保溫8h烘干粉料后，在1100°C預(yù)燒4h，得到BaTiO3粉體；制備 Ba&03粉體以分析純的BaCO3、&O2為原料，按η (BaCO3) η (ZrO2) = 1 1稱量配料，在 無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50°C下保溫8h烘干粉料后，在1100°C預(yù)燒4h，得到BdrO3粉 體；制備CaTiO3粉體以分析純的CaCO3> TiO2為原料，按η (CaCO3) η (TiO2) =1 1稱 量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50°C下保溫8h烘干粉料后，在1100°C預(yù)燒4h，得到 CaTiO3粉體。其中BaC03、TiO2和的純度為99%，CaCO3的純度為99. 95% ；第二步，制備Ba(Ti0.8Zr0.2)O3、(Ba。.7Ca。.3)TiO3 粉體；制備 Ba(Ti。.8Zr。.2)O3 粉體 以上一步獲得的BaTi03、Ba&03粉體為原料，按Ii(BaTiO3) η(BaZrO3) =4 1稱量配 料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50°C下保溫8h烘干粉料后，在1300°C預(yù)燒4h，得到 Ba(Tia8Zra2)O3粉體；制備(Baa7Caa3)TiO3粉體以上一步獲得的BaTiO3^CaTiO3粉體為原 料，按Ii(BaTiO3) Ii(CaTiO3) =7 3稱量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50°C下保 溫8h烘干粉料后，在1300°C預(yù)燒4h，得到(Baa7Caa3)TiO3粉體；第三步，混料和成型；根據(jù)組成(1-x)Ba(Tia8Zra JO3-X(Baa7Caa3)TiO3稱量配料， 其中χ為0. 60 JfBa(Tia8Zra2)OjP (Baa7Caa3) TiO3粉體在無(wú)水乙醇介質(zhì)中混合球磨12h， 于50°C下保溫8h烘干粉料后，添加5襯％的PVA造粒，在150MPa的壓強(qiáng)下壓制成型；第四步，燒結(jié)；將陶瓷生坯充分排膠后，在1450°C中燒結(jié)4h，制備出鋯鈦酸鋇鈣陶
ο圖2(d)給出了樣品的XRD圖譜，可見(jiàn)材料主晶相為鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)。樣品的電學(xué)性 能見(jiàn)表1，其壓電常數(shù)d33彡240pC/N，機(jī)電耦合系數(shù)kp為0. 40，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm為184。表1實(shí)施例一至實(shí)施例四樣品的電性能
組成成分壓電常數(shù)機(jī)電耦合系數(shù) kp機(jī)械品質(zhì)因數(shù) Qm0.55Ba(Tia8Zr02)03-0.45(Baa7Ca03)Ti032900.421890.50Ba(Ti0.8Zr0.2)03-0.50(Baa7Ca03)Ti033850.461240.45Ba(Ti08Zr02)03-0.55(Bao.7Ca0.3)Ti033040.411740,40Ba(Tio.8Zro.2)03-0.60(Bao.7Ca().3)Ti032400.4018權(quán)利要求
一種鋯鈦酸鋇鈣無(wú)鉛壓電陶瓷，其特征在于所述的鋯鈦酸鋇鈣無(wú)鉛壓電陶瓷的組分為(1 x)Ba(Ti0.8Zr0.2)O3 x(Ba0.7Ca0.3)TiO3，其中x＝0.45～0.60。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述鋯鈦酸鋇鈣無(wú)鉛壓電陶瓷的方法，其特征在于，所述鋯 鈦酸鋇鈣無(wú)鉛壓電陶瓷的制備過(guò)程包括以下步驟第一步，制備BaTi03、BaZr0jn CaTiO3粉體；制備BaTiO3粉體設(shè)η為物質(zhì)的量，以分析 純的徹0)3、1102為原料，按11 ￡10)3) η (TiO2) = 1 1稱量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨 12h，于50 60°C下保溫8 20h烘干粉料后，在1000 1200°C預(yù)燒2 6h，得到BaTiO3 粉體；制備Ba&03粉體以分析純的BaCO3、&O2為原料，按η (BaCO3) η (ZrO2) = 1 1稱 量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50 60°C下保溫8 20h烘干粉料后，在1000 1200°C預(yù)燒2 6h，得到BaZrO3粉體；制備CaTiO3粉體以分析純的CaCO3> TiO2為原料， 按Ii(CaCO3) η(TiO2) = 1 1稱量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50 60°C下保 溫8 20h烘干粉料后，在1000 1200°C預(yù)燒2 6h，得到CaTiO3粉體；第二步，制備 Ba (Ti0.8Zr0.2) 03、(Ba0.7Ca0.3) TiO3 粉體；制備 Ba (Ti0.8Zr0.2) O3 粉體以上一 步獲得的8&1103、832103粉體為原料，按η (BaTiO3) η (BaZrO3) =4 1稱量配料，在無(wú)水 乙醇介質(zhì)中球磨12h，于50 60°C下保溫8 20h烘干粉料后，在1200 1400°C預(yù)燒2 6h，得到 Ba(Tia8Zra2)O3 粉體；制備(Baa7Caa3) TiO3 粉體以上一步獲得的 BaTiO3、CaTiO3 粉體為原料，按η (BaTiO3) Ii(CaTiO3) =7 3稱量配料，在無(wú)水乙醇介質(zhì)中球磨12h，于 50 60°C下保溫8 20h烘干粉料后，在1200 1400°C預(yù)燒2 6h，得到(Ba0.7Ca0.3) TiO3 粉體；第三步，混料和成型；根據(jù)組成(1-x)Ba(Ti0.8Zr0.2)03-χ(Ba0.7Ca0.3)TiO3,以獲得的 Ba (Ti0.8Zr0.2) O3 和(Ba0.7CaQ. 3) TiO3 粉體為原料，按 η (Ba (Tia8Zra2) O3) n((Ba0.7Ca0.3)Ti03) = (I-X) χ稱量配料，其中χ = 0.45 0.60，并在無(wú)水乙醇介質(zhì)中混合球磨12h，于50 60°C下保溫8 20h烘干粉料后，添加5wt%的PVA造粒，在100 200MPa的壓強(qiáng)下壓制成 型；第四步，燒結(jié)；將陶瓷生坯充分排膠后，在1400 1500°C中燒結(jié)2 6h，制備出鋯鈦酸 鋇鈣陶瓷。
全文摘要
一種鋯鈦酸鋇鈣無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法，其特征在于材料組成為(1-x)Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3，其中x＝0.45～0.60；本發(fā)明選取兩步預(yù)燒的方法制備出(1-x)Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3陶瓷。本發(fā)明的主晶相為鈣鈦礦相，具有較好的壓電性能，材料的壓電常數(shù)d33均大于240pC/N，機(jī)電耦合系數(shù)kp均大于0.40。本發(fā)明具有較高的壓電常數(shù)，達(dá)到傳統(tǒng)含鉛壓電陶瓷的性能，且其制備工藝穩(wěn)定可靠，有較好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C04B35/49GK101935212SQ20101027786
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者劉亮亮, 王濤, 許貝, 高峰 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)