無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法，可有效解決生產(chǎn)工藝復(fù)雜，燒結(jié)困難，壓電陶瓷性能差，達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用中的要求問(wèn)題，方法是，將BaCO3、ZrO2、TiO2粉末裝入球磨罐加乙醇研磨，烘干，壓片，預(yù)燒，合成BaZr0.055Ti0.945O3；將Bi2O3、Na2CO3、TiO2、MnO2和BaZr0.055Ti0.945O3加乙醇球磨，烘干，加入粘合劑，壓坯，排塑，用粉料掩埋燒結(jié)，涂銀漿，煅燒，在表面形成銀電極；然后放在硅油中，電場(chǎng)極化，即成無(wú)鉛壓電陶瓷材料；本發(fā)明首次設(shè)計(jì)并合成Mn共摻的Bi0.5Na0.5TiO3?BaZr0.055Ti0.945O3無(wú)鉛壓電陶瓷，有效降低壓電陶瓷的矯頑場(chǎng)和漏電流，提高可極化度，性能好，方法簡(jiǎn)單，易生產(chǎn)制備。
【專利說(shuō)明】
無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電化學(xué)，特別是一種無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電陶瓷能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械能與電能之間的相互轉(zhuǎn)換，利用壓電陶瓷的制成的機(jī)電設(shè)備已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在了軍事、國(guó)防、醫(yī)療以及人類生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。PZT基壓電陶瓷自從發(fā)現(xiàn)以來(lái)由于其優(yōu)異的電學(xué)性能是目前應(yīng)用最廣泛一類陶瓷材料。但是，鉛基壓電陶瓷中含有60%以上的鉛，鉛是一種有毒物質(zhì)，在陶瓷的制備、使用、廢棄的過(guò)程中都會(huì)給人類和環(huán)境造成危害。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，各國(guó)開(kāi)始頒布法律法規(guī)禁止在電子電器設(shè)備中使用含鉛材料。在這種大環(huán)境下，開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異的環(huán)境友好的無(wú)鉛壓電陶瓷來(lái)取代鉛基壓電材料成為了一項(xiàng)迫切而艱巨的任務(wù)。在眾多無(wú)鉛壓電陶瓷中，A位復(fù)合鈣鈦礦處于鐵電陶瓷BiQ.5NaQ.5Ti03(BNT)由于其優(yōu)異的電學(xué)性能被認(rèn)為是能夠取代PZT基壓電陶瓷的候選材料之一。但是純的B N T陶瓷具有大的矯頑場(chǎng)(凡?7.3 k V / m m )和高的漏電流，造成純的Bi0.5NaQ.5T13陶瓷極化困難，壓電常數(shù)d33?73pC/N，無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用的要求，而且操作工藝復(fù)雜，所制備出的壓電陶瓷材料性能差，純的BNT陶瓷燒結(jié)溫區(qū)窄、致密度欠佳、物理化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。
[0003]目前雖有一系列二元、三元甚至四元體系的BNT基陶瓷，大大提高了陶瓷的壓電性能。相比于二元系陶瓷，三元和四元系陶瓷的組分可調(diào)節(jié)性大，性能更加優(yōu)異，但配方比較復(fù)雜，燒結(jié)困難，因此，壓電陶瓷材料上的改進(jìn)和創(chuàng)新勢(shì)在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法，可有效解決生產(chǎn)工藝復(fù)雜，燒結(jié)困難，壓電陶瓷性能差，達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用中的要求問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，通過(guò)在BNT中摻入雜質(zhì)離子或能與之形成固溶體的組元，形成具有準(zhǔn)同型相界(MPB)的固溶體，以降低該陶瓷的矯頑場(chǎng)和漏電流，提高可極化度及性能。據(jù)此，一種Mn摻雜的BiQ.5NaQ.5Ti03-BaZr().()55Ti().94503(BNT-BZT)無(wú)鉛壓電陶瓷是以具有三方-四方準(zhǔn)同型相界的0.93BNT-0.07BZT為基體，MnO2為摻雜物，MnO2占BNT-BZT的重量百分比為0.001%?0.375%。
[0006]本發(fā)明無(wú)鉛壓電陶瓷的制備方法由以下步驟實(shí)現(xiàn):
(1)以8&(:03、2』2、1^02粉末為原料，根據(jù)化學(xué)式8&2^()551'“.94503，按照BaZr0.(^TitL945O3的化學(xué)計(jì)量比稱料，BaCO3:ZrO2:T12摩爾比為1:0.055:0.945；
(2)將步驟(I)稱好的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨
I_72h，使粉體混合均勻、顆粒大小一致，為產(chǎn)品質(zhì)量提供保證；
(3)將步驟(2)球磨好的漿料烘干，壓成Φ60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度1100-12500C，預(yù)燒時(shí)間2-5h，使原料充分反應(yīng)合成BaZr0.055T10.945O3 ；；(4)以Bi203、Na2C03、Ti02、Mn02 和步驟(3)與預(yù)燒好的 BaZrQ.Q55Ti().94503 粉末為原料，根據(jù)化學(xué)式 0.93BNT-0.07BZT+jf%Mn02，按照 Bi2O3: Na2CO3: T12: BaZr0.Q55Tith945O3 的摩爾比為
0.465:0.465:0.93:0.07的化學(xué)計(jì)量比稱取原料，再按照MnO2占0.93BNT-0.07BZT質(zhì)量比為沸的比例稱取MnO2，其中0.001彡.375；
(5)將步驟(4)稱好的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨l-72h；
(6)將步驟(5)球磨好的漿料烘干，壓成Φ60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度700-850 0C，預(yù)燒時(shí)間2-5h;
(7)將步驟(6)預(yù)燒好的片磨碎，裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨l-72h;
(8)將步驟(7)球磨好的漿料烘干，每10g粉料中加入6g粘合劑，放置24h，過(guò)150-200目的篩，成粉料;所述粘合劑為質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液；
(9)將粉料壓片成型為坯，成型壓力為200-330MPa，坯的直徑為13mm;
(10)將坯放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中排塑，排塑溫度500-750°C，排塑時(shí)間l_5h，成素坯；
(11)將排完塑的素坯放入剛玉坩禍，用相同素坯重量比的粉料掩埋，放入馬弗爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為 1100-1150 °C，燒結(jié)時(shí)間2-5h，得到Mn 摻雜的 BitL5NatL5T13-BaZr0.Q55T1.9姑03無(wú)鉛壓電陶瓷；
(12)將步驟(11)制備的無(wú)鉛壓電陶瓷的上下表面進(jìn)行打磨平整，涂上銀漿，在550-750°C煅燒10-60min，在表面形成28-32微米的銀電極；
(13)被好銀電極的無(wú)鉛壓電陶瓷放在娃油中，用5-7kV/mm的電場(chǎng)極化5_60min，放置24h，即成無(wú)鉛壓電陶瓷材料；
所述的粘合劑為聚乙稀醇(PVA)。
[0007]本發(fā)明首次設(shè)計(jì)并合成Mn共摻的BiQ.5NaQ.5Ti03-BaZr().()55Ti().94503無(wú)鉛壓電陶瓷，并對(duì)其電學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)地研究、測(cè)試，有效降低壓電陶瓷的矯頑場(chǎng)和漏電流，提高可極化度，性能好，在某些方面可以取代PZT陶瓷，而且方法簡(jiǎn)單，易生產(chǎn)制備，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明的無(wú)鉛壓電陶瓷材料的性能測(cè)試結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說(shuō)明。
[0010]本發(fā)明在具體實(shí)施中由以下實(shí)施例給出。
[0011]實(shí)施例1
本發(fā)明在具體實(shí)施中，由以下步驟實(shí)現(xiàn):
(1)、配料:將以摩比計(jì)的BaCO3:ZrO2:T12=1:0.055:0.945混合在一起，制成粉末；
(2)將步驟(I)制成的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨24h，成漿料； (3)將步驟(2)制備的漿料在干燥箱中105°C烘干，壓成Φ60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度12000C，預(yù)燒時(shí)間2h，反應(yīng)合成BaZr0.055T10.945O3 ；
(4)以Bi2O3'Na2CO3、T12、Μη02和BaZr0.Q55T1.94503粉末為原料，根據(jù)化學(xué)式0.93BNT-0.07BZT+0.125%Mn02，按照 Bi2O3: Na2CO3: T12: BaZr0.0ssT1.945Ο3 的摩爾比為 0.465:0.465:0.93:0.07稱取原料，再按照MnO2占0.93BNT-0.07BZT質(zhì)量比為0.125%的比例稱取MnO2，混合在一起，制成粉末；
(5)將步驟(4)制好的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨
24h；
(6)將步驟(5)球磨好的漿料在干燥箱中105°C烘干，壓成Φ 60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度800 0C，預(yù)燒時(shí)間3h ；
(7)將步驟(6)預(yù)燒好的片磨碎，裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨12h;
(8)將步驟(7)球磨好的漿料烘干，每10g粉料中加入6g粘合劑，放置24h，過(guò)150-200目的篩，成粉料;所述粘合劑為質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液；
(9)將粉料進(jìn)行壓片成型，成型壓力為250MPa，坯的直徑為13mm;
(10)將步驟(9)成型后的坯放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中排塑，排塑溫度550°C，排塑時(shí)間2h;排塑過(guò)程中的溫度和時(shí)間的選擇會(huì)對(duì)最終所制成的壓電陶瓷的性能帶來(lái)影響，屬于壓電陶瓷制造過(guò)程中的關(guān)鍵因素；
(11)將排完塑的素坯放入剛玉坩禍，用步驟(4)中相同配比的粉料掩埋，放入馬弗爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1120 °C，燒結(jié)時(shí)間2h，得到0.93BNT-0.07BZT-0.125 MnO2無(wú)鉛壓電陶
(12)將上述得到的壓電陶瓷的上下表面進(jìn)行打磨清洗，涂上銀漿，在550°C煅燒30min，在表面形成30微米的銀電極；
(13)被好銀電極的壓電陶瓷放在娃油中，用5.5kV/mm的電場(chǎng)極化15min，放置24h，即成無(wú)鉛壓電陶瓷。
[0012]無(wú)鉛壓電陶瓷的壓電常數(shù)?3、平面機(jī)電耦合系數(shù)戽、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)圖α測(cè)試結(jié)果如下:c/33=174pC/N，Ap=0.2，α= 113。
[0013]實(shí)施例2
本發(fā)明在具體實(shí)施中，由以下步驟實(shí)現(xiàn):
(1)、配料:將以摩比計(jì)的BaCO3:ZrO2:T12=1:0.055:0.945混合在一起，制成粉末；
(2)將步驟(I)制成的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨36h，成漿料；
(3)將步驟(2)制備的漿料在干燥箱中105°C烘干，壓成Φ60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度12000C，預(yù)燒時(shí)間2h，反應(yīng)合成BaZr0.055T10.945O3 ；
(4)以Bi2O3'Na2CO3、T12、Μη02和BaZr0.Q55T1.94503粉末為原料，根據(jù)化學(xué)式0.93BNT-0.07BZT+0.125%Mn02，按照 Bi2O3: Na2CO3: T12: BaZr0.0ssT1.945Ο3 的摩爾比為 0.465:0.465:0.93:0.07稱取原料，再按照MnO2占0.93BNT-0.07BZT質(zhì)量比為0.25%的比例稱取MnO2，混合在一起，制成粉末；
(5)將步驟(4)制好的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨36h；
(6)將步驟(5)球磨好的漿料在干燥箱中105°C烘干，壓成Φ 60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度830 0C，預(yù)燒時(shí)間2h ；
(7)將步驟(6)預(yù)燒好的片磨碎，裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨24h;
(8)將步驟(7)球磨好的漿料烘干，每10g粉料中加入6g粘合劑，放置24h，過(guò)150-200目的篩，成粉料;所述粘合劑為質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液；
(9)將粉料進(jìn)行壓片成型，成型壓力為300MPa，坯的直徑為13mm;
(10)將步驟(9)成型后的坯放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中排塑，排塑溫度580°C，排塑時(shí)間2h;
(11)將排完塑的素坯放入剛玉坩禍，用粉料掩埋，放入馬弗爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為11300C，燒結(jié)時(shí)間3h，得到0.93BNT-0.07BZT-0.25ri% MnO2無(wú)鉛壓電陶瓷；
(12)將上述得到的陶瓷的上下表面進(jìn)行打磨清洗，涂上銀漿，在600°C煅燒lOmin，形成29-31微米的銀電極；
(13)被好銀電極的陶瓷放在硅油中，用6kV/mm的電場(chǎng)極化20min，放置24h，即成無(wú)鉛壓電陶瓷。
[0014]測(cè)試結(jié)果如下:c/33=184pC/N，Ap=0.24，a=124。
[0015]實(shí)施例3
本發(fā)明在具體實(shí)施中，由以下步驟實(shí)現(xiàn):
(1)、配料:將以摩比計(jì)的BaCO3:ZrO2:T12=1:0.055:0.945混合在一起，制成粉末；
(2)將步驟(I)制成的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨36h，成漿料；
(3)將步驟(2)制備的漿料在干燥箱中105°C烘干，壓成Φ60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度12000C，預(yù)燒時(shí)間2h，反應(yīng)合成BaZr0.055T10.945O3 ；
(4)以Bi2O3'Na2CO3、T12、Μη02和BaZr0.Q55T1.94503粉末為原料，根據(jù)化學(xué)式0.93BNT-0.07BZT+0.375%Mn02，按照 Bi2O3: Na2CO3: T12: BaZr0.0ssT1.945Ο3 的摩爾比為 0.465:0.465:0.93:0.07稱取原料，再按照MnO2占0.93BNT-0.07BZT質(zhì)量比為0.375%的比例稱取MnO2，混合在一起，制成粉末；
(5)將步驟(4)制好的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨
48h；
(6)將步驟(5)球磨好的漿料在干燥箱中105°C烘干，壓成Φ 60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度840 0C，預(yù)燒時(shí)間2h ；
(7)將步驟(6)預(yù)燒好的片磨碎，裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨36h;
(8)將步驟(7)球磨好的漿料烘干，每10g粉料中加入6g粘合劑，放置24h，過(guò)150-200目的篩，成粉料;所述粘合劑為質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液；
(9)將粉料進(jìn)行壓片成型，成型壓力為300MPa，坯的直徑為13mm;
(10)將步驟(9)成型后的坯放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中排塑，排塑溫度600°C，排塑時(shí)間2h; (11)將排完塑的素坯放入剛玉坩禍，用粉料掩埋，放入馬弗爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為11400C，燒結(jié)時(shí)間3h，得到0.93BNT-0.07BZT-0.5ri% MnO2無(wú)鉛壓電陶瓷；
(12)將上述得到的陶瓷的上下表面進(jìn)行打磨清洗，涂上銀漿，在650°C煅燒lOmin，形成30微米銀電極；
(13)被好銀電極的陶瓷放在硅油中，用7kV/mm的電場(chǎng)極化60min，放置24h，即成無(wú)鉛壓電陶瓷。
[0016]測(cè)試結(jié)果如下:c/33=176pC/N，Ap=0.26，a=133。
[0017]本發(fā)明在具體實(shí)驗(yàn)中還給出了更多的實(shí)施例，并進(jìn)行測(cè)試，均取得了滿意的有益技術(shù)效果，這里不再一一列舉。
[0018]經(jīng)實(shí)地應(yīng)用和測(cè)試后，充分證明，本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，易操作，Mn摻雜的Bith5Nath5T13-BaZr0.Q55T1.94503無(wú)鉛壓電陶瓷具有優(yōu)異的電學(xué)性能:壓電常數(shù)c/33為150-190pC/N，平面機(jī)電耦合系數(shù)Ap為0.18-0.27，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)ft為100-160，自由介電常數(shù)冬為900-1200，介電損耗tan夠0.01-0.03,相比于沒(méi)有摻雜的BiQ.5NaQ.5Ti03陶瓷(t/33約70pC/N)，電學(xué)性能有了極大地改善，是壓電陶瓷上的一大創(chuàng)新，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)以BaCO3、Zr02、Ti02粉末為原料，根據(jù)化學(xué)式BaZr0.Q55T1.94503，BaCO3: ZrO2: T12摩爾比為 1:0.055:0.945; (2)將步驟(I)稱好的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨.l-72h，使粉體混合均勻、顆粒大小一致； (3)將步驟(2)球磨好的漿料烘干，壓成Φ60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度1100-12500C，預(yù)燒時(shí)間2-5h，使原料充分反應(yīng)合成BaZr0.055T10.945O3 ；； (4)以Bi203、Na2C03、Ti02、Mn02和步驟(3)與預(yù)燒好的BaZMTiQ.94503粉末為原料，根據(jù)化學(xué)式0.93BNT-0.07BZT+jf%Mn02，按照Bi2O3: Na2CO3: T12: BaZr0.Q55T1.945Ο3的摩爾比為.0.465:0.465:0.93:0.07的化學(xué)計(jì)量比稱取原料，再按照MnO2占0.93BNT-0.07BZT質(zhì)量比為沸的比例稱取MnO2，其中0.001彡.375； (5)將步驟(4)稱好的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨l-72h； (6)將步驟(5)球磨好的漿料烘干，壓成Φ60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度700-850 0C，預(yù)燒時(shí)間2-5h; (7)將步驟(6)預(yù)燒好的片磨碎，裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨l-72h; (8)將步驟(7)球磨好的漿料烘干，每10g粉料中加入6g粘合劑，放置24h，過(guò)150-200目的篩，成粉料;所述粘合劑為質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液； (9)將粉料壓片成型為坯，成型壓力為200-330MPa，坯的直徑為13mm; (10)將坯放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中排塑，排塑溫度500-750°C，排塑時(shí)間l_5h，成素坯； (11)將排完塑的素坯放入剛玉坩禍，用相同素坯重量比的粉料掩埋，放入馬弗爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為 1100-1150 °C，燒結(jié)時(shí)間2-5h，得到Mn 摻雜的 BitL5NatL5T13-BaZr0.Q55T1.9姑03無(wú)鉛壓電陶瓷； (12)將步驟(11)制備的無(wú)鉛壓電陶瓷的上下表面進(jìn)行打磨平整，涂上銀漿，在550-750°C煅燒10-60min，在表面形成28-32微米的銀電極； (13)被好銀電極的無(wú)鉛壓電陶瓷放在娃油中，用5-7kV/mm的電場(chǎng)極化5_60min，放置24h，即成無(wú)鉛壓電陶瓷材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法，其特征在于，由以下步驟實(shí)現(xiàn): (1)、配料:將以摩比計(jì)的BaCO3:ZrO2:T12=1:0.055:0.945混合在一起，制成粉末； (2)將步驟(I)制成的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨24h，成漿料； (3 )將步驟(2 )制備的漿料在干燥箱中105 °C烘干，壓成Φ 60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度12000C，預(yù)燒時(shí)間2h，反應(yīng)合成BaZr0.055T10.945O3 ； (4)以Bi2O3、Na2C03、Ti02、Mn02和BaZrthQ55T1.945θ3粉末為原料，根據(jù)化學(xué)式0.93BNT-.0.07ΒΖΤ+0.125%Μη02，按照 Bi2O3: Na2CO3: T12: BaZr0.0ssT1.945Ο3 的摩爾比為 .0.465:0.465:.0.93:0.07稱取原料，再按照MnO2占0.93BNT-0.07BZT質(zhì)量比為0.125%的比例稱取MnO2，混合在一起，制成粉末；(5)將步驟(4)制好的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨24h； (6 )將步驟(5 )球磨好的漿料在干燥箱中105 °C烘干，壓成Φ 60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度800 0C，預(yù)燒時(shí)間3h ； (7)將步驟(6)預(yù)燒好的片磨碎，裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨12h; (8)將步驟(7)球磨好的漿料烘干，每10g粉料中加入6g粘合劑，放置24h，過(guò)150-200目的篩，成粉料;所述粘合劑為質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液； (9)將粉料進(jìn)行壓片成型，成型壓力為250MPa，坯的直徑為13mm; (10)將步驟(9)成型后的坯放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中排塑，排塑溫度550°C，排塑時(shí)間2h;排塑過(guò)程中的溫度和時(shí)間的選擇會(huì)對(duì)最終所制成的壓電陶瓷的性能帶來(lái)影響，屬于壓電陶瓷制造過(guò)程中的關(guān)鍵因素； (11)將排完塑的素坯放入剛玉坩禍，用步驟(4)中相同配比的粉料掩埋，放入馬弗爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1120 °C，燒結(jié)時(shí)間2h，得到0.93BNT-0.07BZT-0.125 MnO2無(wú)鉛壓電陶 (12)將上述得到的壓電陶瓷的上下表面進(jìn)行打磨清洗，涂上銀漿，在550°C煅燒30min，在表面形成30微米的銀電極； (13 )被好銀電極的壓電陶瓷放在娃油中，用5.5kV/mm的電場(chǎng)極化15min，放置24h，即成無(wú)鉛壓電陶瓷。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法，其特征在于，由以下步驟實(shí)現(xiàn): (1)、配料:將以摩比計(jì)的BaCO3:ZrO2:T12=1:0.055:0.945混合在一起，制成粉末； (2)將步驟(I)制成的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨36h，成漿料； (3 )將步驟(2 )制備的漿料在干燥箱中105 °C烘干，壓成Φ 60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度12000C，預(yù)燒時(shí)間2h，反應(yīng)合成BaZr0.055T10.945O3 ； (4)以Bi2O3、Na2C03、Ti02、Mn02和BaZrthQ55T1.945θ3粉末為原料，根據(jù)化學(xué)式0.93BNT-.0.07ΒΖΤ+0.125%Μη02，按照 Bi2O3: Na2CO3: T12: BaZr0.0ssT1.945Ο3 的摩爾比為 .0.465:0.465:.0.93:0.07稱取原料，再按照MnO2占0.93BNT-0.07BZT質(zhì)量比為0.25%的比例稱取MnO2，混合在一起，制成粉末； (5)將步驟(4)制好的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨36h； (6 )將步驟(5 )球磨好的漿料在干燥箱中105 °C烘干，壓成Φ 60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度830 0C，預(yù)燒時(shí)間2h ； (7)將步驟(6)預(yù)燒好的片磨碎，裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨24h; (8)將步驟(7)球磨好的漿料烘干，每10g粉料中加入6g粘合劑，放置24h，過(guò)150-200目的篩，成粉料;所述粘合劑為質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液； (9)將粉料進(jìn)行壓片成型，成型壓力為300MPa，坯的直徑為13mm; (10)將步驟(9)成型后的坯放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中排塑，排塑溫度580°C，排塑時(shí)間2h; (11)將排完塑的素坯放入剛玉坩禍，用粉料掩埋，放入馬弗爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1130°C，燒結(jié)時(shí)間3h，得到0.93BNT-0.07BZT-0.25ri% MnO2無(wú)鉛壓電陶瓷； (12)將上述得到的陶瓷的上下表面進(jìn)行打磨清洗，涂上銀漿，在600°C煅燒lOmin，形成29-31微米的銀電極； (13)被好銀電極的陶瓷放在硅油中，用6kV/mm的電場(chǎng)極化20min，放置24h，即成無(wú)鉛壓電陶瓷。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法，其特征在于，由以下步驟實(shí)現(xiàn): (1)、配料:將以摩比計(jì)的BaCO3:ZrO2:T12=1:0.055:0.945混合在一起，制成粉末； (2)將步驟(I)制成的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨36h，成漿料； (3 )將步驟(2 )制備的漿料在干燥箱中105 °C烘干，壓成Φ 60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度12000C，預(yù)燒時(shí)間2h，反應(yīng)合成BaZr0.055T10.945O3 ； (4)以Bi2O3、Na2C03、Ti02、Mn02和BaZrthQ55T1.945θ3粉末為原料，根據(jù)化學(xué)式0.93BNT-.0.07ΒΖΤ+0.375%Μη02，按照 Bi2O3: Na2CO3: T12: BaZr0.0ssT1.945Ο3 的摩爾比為 .0.465:0.465:.0.93:0.07稱取原料，再按照MnO2占0.93BNT-0.07BZT質(zhì)量比為0.375%的比例稱取MnO2，混合在一起，制成粉末； (5)將步驟(4)制好的粉末裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨48h； (6 )將步驟(5 )球磨好的漿料在干燥箱中105 °C烘干，壓成Φ 60的圓片，放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中預(yù)燒，預(yù)燒溫度840 0C，預(yù)燒時(shí)間2h ； (7)將步驟(6)預(yù)燒好的片磨碎，裝入球磨罐中，以無(wú)水乙醇為介質(zhì)，采用行星式球磨機(jī)球磨36h; (8)將步驟(7)球磨好的漿料烘干，每10g粉料中加入6g粘合劑，放置24h，過(guò)150-200目的篩，成粉料;所述粘合劑為質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液； (9)將粉料進(jìn)行壓片成型，成型壓力為300MPa，坯的直徑為13mm; (10)將步驟(9)成型后的坯放入剛玉坩禍，然后放入馬弗爐中排塑，排塑溫度600°C，排塑時(shí)間2h; (11)將排完塑的素坯放入剛玉坩禍，用粉料掩埋，放入馬弗爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1140°C，燒結(jié)時(shí)間3h，得到0.93BNT-0.07BZT-0.5ri% MnO2無(wú)鉛壓電陶瓷； (12)將上述得到的陶瓷的上下表面進(jìn)行打磨清洗，涂上銀漿，在650°C煅燒lOmin，形成30微米銀電極； (13)被好銀電極的陶瓷放在硅油中，用7kV/mm的電場(chǎng)極化60min，放置24h，即成無(wú)鉛壓電陶瓷。
【文檔編號(hào)】C04B35/475GK106045501SQ201610379960
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月1日
【發(fā)明人】劉潔, 王竹, 郭菲菲, 李欣宇, 馮莎莎, 董彥峰
【申請(qǐng)人】北京中科奧倍超聲波技術(shù)研究院