一種鋯鈦酸鋇鈣壓電陶瓷粉體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種利用溶膠-凝膠技術(shù)制備鋯鈦酸鋇鈣壓電陶瓷粉體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電材料是一類能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料，可用于制作蜂鳴器、諧振器、濾波器、超聲波換能器、變壓器等壓電電子器件。鋯鈦酸鉛(Pb(Zr，Ti)03，簡(jiǎn)稱PZT)是一種性能優(yōu)良、應(yīng)用廣泛的壓電材料，但它含有毒的鉛，在制備和使用過(guò)程中會(huì)對(duì)人體健康和周圍環(huán)境產(chǎn)生危害，因此迫切需要研發(fā)可替代PZT的、環(huán)境友好的壓電新材料。
[0003]目前，人們已開(kāi)發(fā)出系列無(wú)鉛壓電材料，包括鈣鈦礦、鎢青銅、鉍層狀結(jié)構(gòu)等，但是這些材料的壓電常數(shù)都偏低，與PZT相比壓電活性低較差，限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。
[0004]鋯鈦酸鋇鈣是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一種新型無(wú)鉛壓電材料，它是由鋯鈦酸鋇(Ba(ZrQ.2Ti().8)03，簡(jiǎn)稱BZT)和鈦酸鋇鈣((BaQ.7CaQ.3)Ti03，簡(jiǎn)稱BCT)以特定組分比例混合后形成的固溶體化合物，表現(xiàn)出與PZT相當(dāng)?shù)膲弘娦阅?，因而具有重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用潛力。目前，鋯鈦酸鋇鈣粉體的合成多采用固相反應(yīng)法，通過(guò)BaCO3、CaCO3、T i 02、ZrO2等原料粉體的球磨混合、固相反應(yīng)得到。這種方法雖然工藝比較簡(jiǎn)單，但多組分原料在固態(tài)下難以混合均勻，導(dǎo)致后續(xù)反應(yīng)不夠充分，因此鋯鈦酸鋇鈣粉體的成分往往偏離設(shè)定值，而粉體性能對(duì)微小的成分偏差很敏感。此外，長(zhǎng)時(shí)間的球磨混合過(guò)程中也會(huì)引入其它雜質(zhì)。因此，常規(guī)固相反應(yīng)法所導(dǎo)致的成分偏離和引入雜質(zhì)等問(wèn)題，都不可避免地會(huì)對(duì)鋯鈦酸鋇鈣粉體的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生不利影響。一種能夠?qū)崿F(xiàn)原料充分混合并能準(zhǔn)確控制鋯鈦酸鋇鈣粉體組分的制備方法，迫在眉睫。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的旨在提供一種鋯鈦酸鋇鈣壓電陶瓷粉體的制備方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的弊病。
[0006]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下的技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供的鋯鈦酸鋇鈣壓電陶瓷粉體的制備方法，其按照以下步驟進(jìn)行:
[0008](I)將乙酸鋇、乙酸鈣按照Ba、Ca摩爾比7.3:2.7?9.7:0.3溶于冰乙酸中，加入蒸餾水，加熱攪拌，待溶液完全透明澄清后，靜止冷卻，制得含Ba2+和Ca2+的A位前驅(qū)液；
[0009](2)將鈦酸四丁酯、正丁醇鋯按照T1、Zr摩爾比8.2:1.8?9.8:0.2溶于乙二醇乙醚中，加入已酰丙酮，加熱攪拌。待溶液完全透明澄清后，靜止冷卻，制得含Ti4+和Zr4+的B位前驅(qū)液；
[0010](3)將B位前驅(qū)液倒入A位前驅(qū)液混合加熱攪拌，溶液先轉(zhuǎn)變成溶膠再固化成凝膠；[0011 ] (4)將凝膠在空氣中陳化，然后干燥得到凝膠干粉；
[0012](5)將凝膠干粉裝入剛玉坩禍，在馬弗爐中經(jīng)煅燒合成后得到鋯鈦酸鋇鈣粉體。
[0013]上述方法中，合成后得到的鋯鈦酸鋇鈣粉體的化學(xué)組成為:(l-X)Ba(ZrQ.2Ti0.8)03-x(Ba0.7Ca0.3)Ti03，其中χ = 0.I?0.9。
[0014]所述的A位前驅(qū)液中，乙酸:蒸餾水的體積比為1:1?4:1;所述的B位前驅(qū)液中，乙二醇乙醚:已酰丙酮的體積比為6:1?1:1。
[0015]所述加熱攪拌方式為水浴加熱攪拌，溫度60?90°C，時(shí)間I?2小時(shí)。
[0016]所述凝膠陳化工藝參數(shù)為:溫度為室溫?80°C，時(shí)間6?24小時(shí)。
[0017]所述煅燒工藝參數(shù)為:溫度800?1200°C，時(shí)間2?6小時(shí)。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果:
[0019]1.采用溶膠-凝膠技術(shù)制備鋯鈦酸鋇鈣壓電陶瓷粉體，短時(shí)間內(nèi)可實(shí)現(xiàn)多組分原料的均勻分散、充分混合，保證成分的準(zhǔn)確可控，而且避免了通常球磨過(guò)程中引入的其它雜質(zhì)。
[0020]2.作為一種有效的粉體制備方法，本發(fā)明的鋯鈦酸鋇鈣粉體的溶膠-凝膠合成技術(shù)，克服了現(xiàn)有固相反應(yīng)方法存在的成分偏離和引入雜質(zhì)等問(wèn)題，具有混料充分均勻、組分控制精確、合成粉體純度高等優(yōu)勢(shì)。
[0021 ] 3.采用本方法，合成溫度可低至800?1200°C，比傳統(tǒng)固相法降低了約500°C，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本，而且可有效提高鋯鈦酸鋇鈣粉體的燒結(jié)活性，為進(jìn)一步制備具有優(yōu)良?jí)弘娦阅艿匿嗏佀徜^鈣無(wú)鉛壓電陶瓷提供了高品質(zhì)的粉體原料。
[0022]總之，本發(fā)明克服了現(xiàn)有固相反應(yīng)方法存在的成分偏離和引入雜質(zhì)等問(wèn)題，具有混料充分均勻、組分控制精確、合成粉體純度高、合成溫度低等優(yōu)勢(shì)，而且可有效提高鋯鈦酸鋇鈣粉體的燒結(jié)活性。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
[0024]圖2為本發(fā)明得到的鋯鈦酸鋇鈣粉體的X射線衍射物相分析結(jié)果。
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1得到的鋯鈦酸鋇鈣粉體的掃描電鏡形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0027]實(shí)施例1:
[0028](I)按照Ba、Ca摩爾比8.5:1.5分別稱取乙酸鋇(9.127g)、乙酸鈣(I.11 Ig)，溶于冰乙酸(50ml)中，加入蒸餾水(25ml)，于80°C水浴加熱攪拌。待溶液完全透明澄清后，靜止冷卻，制得含Ba2+和Ca2+的A位前驅(qū)液。
[0029](2)按照T1、Zr摩爾比9:1分別稱取鈦酸四丁酯(I 2.877g)、正丁醇鋯(2.016g)，溶于乙二醇乙醚(40ml)中，加乙酰丙酮(5ml)，于80°C水浴加熱攪拌。待溶液完全透明澄清后，靜止冷卻，制得含Ti4+和Zr4+的B位前驅(qū)液；
[0030](3)將A位和B位前驅(qū)液混合，于80°C水浴加熱攪拌I小時(shí)，溶液先轉(zhuǎn)變成溶膠再固化成凝膠；
[0031](4)將凝膠于空氣中室溫陳化12小時(shí)，然后干燥得到凝膠干粉；
[0032](5)將凝膠干粉裝入剛玉坩禍，在馬弗爐中經(jīng)1000°C煅燒2小時(shí)后得到鋯鈦酸鋇鈣粉體，其化學(xué)組成為0.5Ba(ZrQ.2TiQ.8)03-0.5(Ba().7Ca().3)Ti03，物相結(jié)構(gòu)和外觀形貌分別如圖2和圖3所示。
[0033]實(shí)施例2
[0034](I)按照Ba、Ca摩爾比9.7:0.3分別稱取乙酸鋇(10.415g)、乙酸鈣(0.222g)，溶于冰乙酸(50ml)中，加入蒸餾水(50ml)，于60°C水浴加熱攪拌。待溶液完全透明澄清后，靜止冷卻，制得含Ba2+和Ca2+的A位前驅(qū)液。
[0035]( 2 )按照T1、Zr摩爾比8.2: 1.8分別稱取鈦酸四丁酯(1 1.732g )、正丁醇鋯(3.629g)，溶于乙二醇乙醚(30ml)中，加乙酰丙酮(5ml)，于60°C水浴加熱攪拌。待溶液完全透明澄清后，靜止冷卻，制得含Ti4+和Zr4+的B位前驅(qū)液；
[0036](3)將A位和B位前驅(qū)液混合，于60°C水浴加熱攪拌I小時(shí)，溶液先轉(zhuǎn)變成溶膠再固化成凝膠；
[0037](4)將凝膠于空氣中室溫陳化6小時(shí)，然后干燥得到凝膠干粉；
[0038](5)將凝膠干粉裝入剛玉坩禍，在馬弗爐中經(jīng)800°C煅燒2小時(shí)后得到鋯鈦酸鋇鈣粉體，其化學(xué)組成為0.9Ba(ZrQ.2TiQ.8)03-0.1(Ba().7Ca().3)Ti03，物相結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0039]實(shí)施例