反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料及其制備方法。采用傳統(tǒng)的固相合成工藝分別制備化合物A和化合物B的粉體；按照物質(zhì)的量比為0.5~2:1稱取化合物A與化合物B粉體，然后將粉體混合并使用氧化鋯罐子和磨球在球磨介質(zhì)為無水乙醇的條件下球磨4~12小時(shí)，最后干燥、造粒并壓制素坯；將素坯通過傳統(tǒng)的電子陶瓷燒制工藝即制得反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料；所述化合物A為(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xNa0.5K0.5TiO3，化合物B為(1-y)Bi0.5Na0.5TiO3-ySrTiO3，且0.15>x>0.03，0.7>y>0.03。
【專利說明】反鐵電-弛豫體増強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料及其制備方法，屬于電子材料領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷顯示了優(yōu)良的電致應(yīng)變效應(yīng)，有望取代鉛基壓電陶瓷應(yīng)用于電致微位移器領(lǐng)域。但是鈦酸鉍鈉基陶瓷有一個(gè)較大的缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電壓過高，即便采用多元固溶體復(fù)合的方法也難以降低其驅(qū)動(dòng)電壓。
[0003]在鈦酸鉍鈉基陶瓷中，其巨大的電致伸縮主要來源于電場(chǎng)導(dǎo)致的應(yīng)變[C.Ma, X.Tan, E.Duli kin, and M.Roth, Domain structure-dielectric property relat1nshipin lead-free (l_x) (Bi1/2Na1/2)T13-XBaT13 ceramics, Journal of Applied Physics108，104105 (2010)]。在電場(chǎng)作用下，一部分立方或者贗立方結(jié)構(gòu)的非極性相誘導(dǎo)為三方或者四方結(jié)構(gòu)的極性相，從而出現(xiàn)大的電致應(yīng)變。另外在四方結(jié)構(gòu)的鈦酸鉍鈉基陶瓷中，由于Bi和Ti離子的位移方向是反平行的，容易導(dǎo)致反鐵電疇出現(xiàn)，反鐵電疇的電場(chǎng)作用下反轉(zhuǎn)也會(huì)引起較大的應(yīng)變，但這類材料往往電致伸縮比較小。而在鉛基弛豫體中，盡管宏觀上材料的對(duì)稱性保持為立方結(jié)構(gòu)，電場(chǎng)作用下不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，但是卻能產(chǎn)生大的電致伸縮。電致伸縮是所有電介質(zhì)都具備的基本特征，只是在弛豫體中表現(xiàn)的比較明顯。
[0004]因此可以通過構(gòu)建一個(gè)反鐵電和弛豫體的“相界”來共同增強(qiáng)鈦酸鉍鈉基陶瓷的電致應(yīng)變效應(yīng)。(1-X)Bia5Naa5T13-XNaa5Ka5T1^ 0.12>x>0.07區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)為反鐵電體[A.B.Koung, S.Zhang, ff.Jo, T.Granzow, and J.Rode I, Morphotropic phaseboundary in (1-x) Bi0 5Na0 5Ti03 - XK0 5Na0 5NbO3 lead-free piezoceramics, AppliedPhysics Letters 92，222902 (2008);]，而(1-X)Bici 5Naci 5T13-XSrT13表現(xiàn)為無限固溶體，而且均表現(xiàn)出弛豫體特征[W.Krauss, D.Schiltz, F.A.Mautner, A.Feteira, K.Reichmann, Piezoelectric properties and phase transit1n temperatures of thesolid solut1n of (1- x) (Bi0 5Na0 5) T13 - XSrT13 Journal of the European CeramicSociety 30 (2010) 1827- 1832]。因此有望通過這兩種化合物構(gòu)建反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料由反鐵電化合物A和弛豫體化合物B通過傳統(tǒng)的電子陶瓷燒制工藝制備而成，其中化合物A為(1-x)Bi0 5Naci 5T13-XNaci 5Kci 5T13,化合物 B 為(1-y) Bi0.5Na0.5Ti03-ySrTi03,且 0.15>χ>0.03，0.7>y>0.03。
[0007]制備上述反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料的具體步驟為: (I)采用傳統(tǒng)的固相合成工藝分別制備化合物A和化合物B的粉體。
[0008](2)按照物質(zhì)的量比為0.5-2:1稱取步驟⑴制得的化合物A與化合物B粉體，然后將粉體混合并使用氧化鋯罐子和磨球在球磨介質(zhì)為無水乙醇的條件下球磨4~12小時(shí)，最后干燥、造粒并壓制素還。
[0009](3)將步驟⑵制得的素坯通過傳統(tǒng)的電子陶瓷燒制工藝即制得反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料。
[0010]所述化合物A 為(1-X)Bia5Naa5T13-XNaa5Ka5T13,化合物 B 為(l_y)Bi0 5NaQ.5Ti03-ySrTi03，且 0.15>χ>0.03，0.7>y>0.03。
[0011 ] 本發(fā)明提供了一種增強(qiáng)電致應(yīng)變的新方法，該方法操作簡(jiǎn)單，且制得的材料的電致應(yīng)變有兩部分構(gòu)成電場(chǎng)誘導(dǎo)相變和電致伸縮，分別由贗立方反鐵電相和弛豫體貢獻(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制得的反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料的室溫電致應(yīng)變圖，圖中縱坐標(biāo)為電致應(yīng)變S，橫坐標(biāo)為電場(chǎng)強(qiáng)度E。
[0013]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制得的反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料的室溫電致應(yīng)變圖，圖中縱坐標(biāo)為電致應(yīng)變S，橫坐標(biāo)為電場(chǎng)強(qiáng)度E。

【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1:
(I)采用傳統(tǒng)的固相合成工藝分別制備0.9Bi0.5Na0.5Ti03-0.1Naa5Ka5T13 (化合物A)和 0.9Bi0.5Na0.5Ti03-0.ISrT13 (化合物 B)的粉體。
[0015](2)按照物質(zhì)的量比為1:1.4稱取步驟(I)制得的化合物A和化合物B粉體，然后將粉體混合并使用氧化鋯罐子和磨球在球磨介質(zhì)為無水乙醇的條件下球磨8小時(shí)，最后干燥、造粒并壓制素還。
[0016](3)將步驟(2)制得的素坯經(jīng)過排膠工序然后在1150°C下保溫4小時(shí)即制得反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料。
[0017]將本實(shí)施例制得的大應(yīng)變無鉛壓電材料經(jīng)過表面打磨和被銀工序后進(jìn)行電致應(yīng)變測(cè)試，圖1給出了電場(chǎng)和應(yīng)變的關(guān)系圖。
[0018]實(shí)施例2:
(I)采用傳統(tǒng)的固相合成工藝分別制備0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06Na0.5K0.5Ti03 (化合物A)和 0.5Bi0.5Na0.5Ti03-0.5SrTi03(化合物 B)的粉體。
[0019](2)按照物質(zhì)的量比為2:1稱取步驟⑴制得的化合物A和化合物B粉體，然后將粉體混合并使用氧化鋯罐子和磨球在球磨介質(zhì)為無水乙醇的條件下球磨10小時(shí)，最后干燥、造粒并壓制素還。
[0020](3)將步驟(2)制得的素坯經(jīng)過排膠工序然后在1150°C下保溫6小時(shí)即制得反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料。
[0021]將本實(shí)施例制得的大應(yīng)變無鉛壓電材料經(jīng)過表面打磨和被銀工序后進(jìn)行電致應(yīng)變測(cè)試，圖2給出了電場(chǎng)和應(yīng)變的關(guān)系圖。
【權(quán)利要求】
1.一種反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料，其特征在于該反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料由反鐵電化合物A和弛豫體化合物B通過傳統(tǒng)的電子陶瓷燒制工藝制備而成，其中化合物A為(1-X) Biα 5Na0.5T13-XNaa 5Κα5T13，化合物B為(1-y)Bi0 5NaQ.5Ti03-ySrTi03，且 0.15>χ>0.03，0.7>y>0.03。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)采用傳統(tǒng)的固相合成工藝分別制備化合物A和化合物B的粉體； (2)按照物質(zhì)的量比為0.5~2:1稱取步驟⑴制得的化合物A與化合物B粉體，然后將粉體混合并使用氧化鋯罐子和磨球在球磨介質(zhì)為無水乙醇的條件下球磨4~12小時(shí)，最后干燥、造粒并壓制素還; (3)將步驟(2)制得的素坯通過傳統(tǒng)的電子陶瓷燒制工藝即制得反鐵電-弛豫體增強(qiáng)的大應(yīng)變無鉛壓電材料； 所述化合物 A 為(1-X)Bia5Naa5T13-XNaa5Ka5T13,化合物 B 為(l_y)Bi0 5NaQ.5Ti03-ySrTi03，且 0.15>χ>0.03，0.7>y>0.03。
【文檔編號(hào)】C04B35/462GK104446440SQ201410623344
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月9日
【發(fā)明者】劉來君, 鄧建明, 劉賽賽 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)