無鉛壓電陶瓷的制備方法
【專利說明】-種0.94B i O 5Na0 5T i O3-0.06BaT i O3無鉛壓電陶瓷的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03無鉛壓電陶瓷的制備方法。
【背景技術】
[0002]Bia5Naa5T13基鈣鈦礦氧化物材料具有良好的室溫壓電性能，是具有重要應用前景的無鉛壓電材料之一。制約Bia5Naa5T13基無鉛壓電陶瓷實際應用的關鍵問題是其熱退極化。例如，作為Bia5Naa5T13S無鉛壓電陶瓷的典型代表，Bi Cl5Naa5T13-BaT1^ 50°C左右其壓電性開始減弱，因而其壓電系數(shù)隨著溫度升高而迅速降低。目前還沒有一種有效的方法來提高0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03壓電陶瓷的熱退極化溫度、直至消除其熱退極化。而尋找這一方法，對研宄這類材料的性質(zhì)及其物理本質(zhì)、優(yōu)化材料性能的溫度穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)其實際應用具有重要意義。
[0003]因此，需要一種能夠提高0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03無鉛壓電陶瓷的熱退極化溫度直至消除其熱退極化的方法以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中的0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03無鉛壓電陶瓷熱退極化的缺陷，提供一種可以提高熱退極化溫度直至消除其熱退極化的0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTi03無鉛壓電陶瓷的制備方法。
[0005]技術方案:為解決上述技術問題，本發(fā)明的0.94Bi0 5Na0 5Ti03-0.06BaTi03無鉛壓電陶瓷的制備方法采用如下技術方案:
[0006]一種0.94Bi0 5Na0 5Ti03-0.06BaTi03無鉛壓電陶瓷的制備方法，由以下步驟組成:
[0007](I)、根據(jù)化學式0.94Bi0 5Na0 5Ti03-0.06BaTi03:xZn0稱量經(jīng)過干燥處理的單相
0.94BiQ 5NaQ 5Ti03-0.06BaTi03粉末和 ZnO 粉末，
[0008]其中，X為 ZnO 相對于 0.94Bi0 5Na0 5Ti03-0.06BaTi03的摩爾百分比；
[0009](2)、將步驟⑴稱量得到的0.94Bi0 5Na0 5Ti03-0.06BaTi03粉末和ZnO粉末混合，經(jīng)球磨處理使粉末混合均勻；
[0010](3)、將步驟⑵得到的粉末混合物壓成薄片；
[0011](4)、將步驟⑵所得的粉末混合物放入坩禍，再把步驟(3)所得的薄片放入，并用步驟(2)所得的粉末混合物覆蓋所述薄片，使所述薄片埋于步驟(2)所得的粉末混合物之中；
[0012](5)、將裝有薄片的坩禍放入馬弗爐中，升溫至1000°C，燒結(jié)時間為1.0小時，獲得
0.94Β?0.5Na0.5Τ?03-0.06BaTi03: xZnO 的 0_3 型復合無鉛壓電陶瓷。
[0013]更進一步的，步驟(5)中ZnO以互相獨立的顆粒狀存在于0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaT13的基底中。
[0014]更進一步的，步驟(I)中X為[0.1，0.5]。
[0015]更進一步的，所述X為0.3或0.4。當X為0.3或0.4可以消除其熱退極化。
[0016]有益效果:本發(fā)明所需的設備和制備過程簡單，通過在特定的反應條件下，制備
0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03: xZnO的0_3型復合無鉛壓電陶瓷，即可以得到一系列具有更高熱退極化溫度、甚至沒有熱退極化的復合無鉛壓電陶瓷。
【附圖說明】
[0017]圖1是實施例制備得到的系列0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03:xZn0的0-3型復合無鉛壓電陶瓷的X射線衍射譜(XRD);
[0018]圖2 是實施例1 制備得到的 0.94Bi0.5Na0 5Ti03-0.06BaTi03:0.3ZnO 的 0-3 型復合無鉛壓電陶瓷的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；
[0019]圖3是實施例制備得到的系列0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03:xZn0的0-3型復合無鉛壓電陶瓷的變溫介電常數(shù)譜；
[0020]圖4是是實施例制備得到的系列0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03:xZn0的0-3型復合無鉛壓電陶瓷的變溫介電損耗譜；
[0021]圖5 是實施例制備得到的系列 0.94Bi0.5Na0 5Ti03-0.06BaTi03: xZnO (x =0，0.3，0.4)的0-3型復合無鉛壓電陶瓷的變溫壓電系數(shù)。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0023]實施例1
[0024](I)、根據(jù)化學式 0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03:0.3ZnO，稱量經(jīng)過干燥處理的單相0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03粉末和ZnO粉末，在三種粉末的混合物中加入酒精，然后球磨處理(320轉(zhuǎn)/分鐘，24小時)使粉末混合均勻；
[0025](2)、將步驟(I)所得的粉末混合物進行干燥處理后，用研缽研磨使之均勻；
[0026](3)、在步驟(2)所得的粉末混合物中加入酒精，然后球磨處理(320轉(zhuǎn)/分鐘，24小時)使之進一步混合均勻，并干燥處理；
[0027](4)、用20MPa的壓力把的步驟(3)所得的粉末混合物壓成薄片。薄片為圓形，直徑10mm±lmm，厚度為3mm±lmm，以方便陶瓷的性質(zhì)檢測；
[0028](5)、將步驟(3)所得的粉末混合物放入坩禍，再把薄片放入，并用步驟(3)所得的粉末混合物覆蓋薄片，使薄片埋于步驟(3)所得的粉末混合物之中；
[0029](6)、將裝有薄片的坩禍放入馬弗爐中，升溫速率控制在9°C/分鐘，根據(jù)成分不同，升溫到燒結(jié)溫度1000°c。使薄片在燒結(jié)溫度燒結(jié)1.0小時。最后得到本發(fā)明的0.94Biο.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03:0.3ZnO 復合無鉛壓電陶瓷。
[0030]其他實施例:
[0031]其他反應條件均與實施例1相同，僅需按照化學式改變ZnO的含量，即可得到0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03: xZnO (x = 0，0.1, 0.2，0.4)的 0-3 型復合無鉛壓電陶瓷。
[0032]測試結(jié)果:
[0033]圖1是制備得到的系列0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03:xZn0陶瓷的x射線衍射譜(XRD)，它說明這種條件下制備的陶瓷只有0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi0jP ZnO兩種相，而沒有其他雜相；并且對于x#0的成分，0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi0jP ZnO沒有固溶，即我們獲得的陶瓷是基于0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi0jP ZnO的一種復合陶瓷。
[0034]圖2是制備得到的系列0.94Bi0.5Na0 5Ti03-0.06BaTi03:0.3Zn0陶瓷的掃描電子顯微鏡照片。其中較小顆粒狀為ZnO，可以看出ZnO顆?；ハ嗒毩?，且ZnO顆粒存在于0.94Β?
0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03基底中的，即構成了 0_3型復合陶瓷。其他x # O的成分都具有此微結(jié)構特征。
[0035]圖3和圖4是制備得到的系0.94Bi0.5Na0 5Ti03-0.06BaTi03:xZnO陶瓷的變溫介電譜，測試頻率為1kHz，其中，圖3為變溫介電常數(shù)，圖4為變溫介電損耗?？偹苤?，圖4中，X = O在75°C左右的介電損耗峰對應于其熱退極化溫度。顯然，隨著ZnO含量(x)的增加，這個峰向高溫方向移動，對于X = 0.1和0.2的樣品，其退極化溫度分別為130°C和150°C左右；而對X = 0.3和0.4的樣品，此退極化介電損耗峰消失，代之為245°C左右出現(xiàn)一個介電損耗峰，這和圖3中的鐵電-順電轉(zhuǎn)變溫度(280°C)接近。因此，x = 0.3和0.4的樣品沒有熱退極化現(xiàn)象。
[0036]圖5 是制備得到的系 0.94Bia5Naa5Ti03-0.06BaTi03:xZn0 (x = O, 0.3，0.4)的 0-3型復合壓電陶瓷的變溫壓電系數(shù)d33。對于X = O的樣品，其d33在50°C開始下降，到100°C左右只有14pC/N ;而對于X = 0.3和0.4的樣品，在整個測試穩(wěn)定范圍內(nèi)，其d33都保持了較高的數(shù)值，在125°C的數(shù)值分別為94pC/N和78pC/N。
[0037]如上所述，采用本發(fā)明的0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03:xZn0的0-3型復合無鉛壓電陶瓷的制備方法，可以獲得具有較高熱退極化溫度、甚至沒有熱退極化的復合無鉛壓電陶瓷，這些復合無鉛壓電陶瓷的壓電性質(zhì)與傳統(tǒng)的0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03壓電陶瓷相比，溫度依賴性小，這對實現(xiàn)陶瓷的應用至關重要。本發(fā)明的0-3型復合壓電陶瓷制備過程簡單。
【主權項】
1.一種0.94Bi 0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03無鉛壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，由以下步驟組成: (I )、根據(jù)化學式0.94Bi0.5Na0.5Ti03_0.06BaTi03: xZnO稱量經(jīng)過干燥處理的單相0.94Bi0 5Na0 5Ti03-0.06BaTi03粉末和 ZnO 粉末， 其中，z為ZnO相對于0.94Bi 0.5Na0.5Ti03_0.06BaTi03的摩爾百分比； (2)、將步驟(I)稱量得到的0.94Bi0.5Na0 5Ti03-0.06BaTi03粉末和ZnO粉末混合，經(jīng)球磨處理使粉末混合均勻； (3)、將步驟(2)得到的粉末混合物壓成薄片； (4)、將步驟(2)所得的粉末混合物放入坩禍，再把步驟(3)所得的薄片放入，并用步驟(2)所得的粉末混合物覆蓋所述薄片，使所述薄片埋于步驟(2)所得的粉末混合物之中； (5)、將裝有薄片的坩禍放入馬弗爐中，升溫至1000°C，燒結(jié)時間為1.0小時，獲得0.94Β?0.5Na0.5Τ?03-0.06BaTi03: xZnO 的 0_3 型復合無鉛壓電陶瓷。
2.如權利要求1所述的消除0.94Bi 0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03無鉛壓電陶瓷熱退極化的方法，其特征在于，步驟(5)中ZnO以互相獨立的顆粒狀存在于0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03的基底中。
3.如權利要求1所述的消除0.94Bi 0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03無鉛壓電陶瓷熱退極化的方法，其特征在于，步驟(I)中X為[0.1，0.5]。
4.如權利要求3所述的消除0.94Bi 0.5Na0.5Ti03-0.06BaTi03無鉛壓電陶瓷熱退極化的方法，其特征在于，所述z為0.3或0.4。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3無鉛壓電陶瓷的制備方法，將單相無鉛壓電材料0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3粉末和ZnO粉末混合均勻，在1000°C燒結(jié)1.0小時，得到0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3:xZnO(x=0,0.1,0.2, 0.3,0.4為ZnO相對于0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3的摩爾百分比)的0-3型復合無鉛壓電陶瓷，其中ZnO以互相獨立的顆粒狀存在于0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3的基底中。該復合壓電陶瓷的熱退極化溫度隨著ZnO的濃度增加而增加，直至熱退極化消失。本發(fā)明的方法所需的設備和制備過程簡單易行。
【IPC分類】C04B35-475, C04B35-622
【公開號】CN104788093
【申請?zhí)枴緾N201510102769
【發(fā)明人】張善濤, 張驥, 盧明輝, 陳延彬, 陳延峰
【申請人】南京大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月9日