專利名稱：新型弛豫鐵電固溶體陶瓷鈮銦酸鋇-鈦酸鉛及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新型弛豫型鐵電固溶體陶瓷材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
弛豫型鐵電材料如(1-x)Pb (Mgl73Nb273) -XPbTiO3 (PMN-PT)和(l_x) I^b(Zni/3Nb2/3)-rfbTi03(PZN-PT等由于其優(yōu)異的性能在醫(yī)學(xué)、國防、民用等方面有著廣泛而 實(shí)際的應(yīng)用。該類材料由于具有高的機(jī)電耦合系數(shù)(k33 > 90% )和超高壓電系數(shù)(d33 > 2000)而成為新一代的超聲換能器、傳感器和驅(qū)動器的核心壓電材料。但是該類材料有兩 個缺陷，第一，居里溫度低(170°C )和MPB相變溫度低(80-90°C )，因此容易退極化，實(shí)際 應(yīng)用的溫度范圍窄；第二，這類材料中含有大量的鉛，在使用過程中給環(huán)境和人類健康造 成危害，因此我們希望探索一種新型的高居里點(diǎn)、高性能的無鉛、少鉛弛豫鐵電材料，希望 其成為下一代鐵電壓電材料的核心材料。(1-x)Ba(Mg1/3Nb2/3)-XPbTiO3(BMN-PT)和(l_x) Ba (Znl73Nb273) -XPbTiO3 (BZN-PT)作為一種少鉛的馳豫鐵電材料的研究已經(jīng)有報道，它在一 定程度上解決了鉛對環(huán)境和人類的危害問題，但是居里溫度還是不夠高，因此我們希望找 到一種居里點(diǎn)更高，性能更好的固溶體系。近年來，國內(nèi)外都有越來越多的關(guān)于(I-X)Pbanv2Nlv2)-XPbTiO3(PIN-PT)的研 究。PIN-PT是一種優(yōu)秀的弛豫鐵電體，其組分在MPB區(qū)域有較高的居里溫度(320°C)。 Ba(In1/2Nb1/2)屬于A (B’ 1/2B” 1/2)03族化合物，屬于復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，室溫下屬于三方相，它 有很好的介電馳豫性，經(jīng)過研究認(rèn)為，它應(yīng)該和I^bTiO3形成完全固溶體系并且存在MPB區(qū) 域。眾所周知，位于或接近MPB組成的化合物具有良好的壓電和機(jī)電耦合性能。與PIN-PT 相比，該體系MPB組分的鉛含量減少34% -40%，減少了對人類和生態(tài)環(huán)境的危害；另一方 面，隨著PT含量的增加，BIN-PT呈現(xiàn)從普通介電體到馳豫體到普通鐵電體的過渡，這為深 入了解鈣鈦礦型鐵電固溶體的結(jié)構(gòu)性能研究提供了理想的研究對象。目前國內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn) 關(guān)于這一體系的研究報道。因此我們開展對BIN-PT固溶體系的研究。制備BIN-PT陶瓷，確 定MPB區(qū)域，測定陶瓷介電、壓電和鐵電性能；研究MPB區(qū)域組分的單晶生長、結(jié)構(gòu)和性能； 系統(tǒng)研究該體系的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，為探索新型鐵電固溶體系提供指南。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在探索一種新型的高居里點(diǎn)、高性能的無鉛、少鉛弛豫鐵電材料。選擇固溶體鈮銦酸鋇-鈦酸鉛陶瓷作為研究對象，該陶瓷具有復(fù)合鈣鈦礦型結(jié) 構(gòu)，其化學(xué)式組成為(1-x) Ba (Ina5Nba5) O3-XPbTiO3 (0 < χ < 1)，該陶瓷體系的MPB區(qū)域在 0. 60彡χ彡0. 66范圍之內(nèi)。該陶瓷材料的制備方法屬于固相合成法，包括如下步驟第一步，將初始原料按照 (1-x)Ba(In0.5Nb0.5) O3-XPbTiO3 (0 < χ < 1)的化學(xué)式化學(xué)計量比稱重，經(jīng)充分混合研磨，烘 干成型，然后在1100-1120°C合成，獲得預(yù)合成的樣品；第二步，將合成的樣品研磨，烘干成 型，在U65-1380°C燒結(jié)，即獲得鈮銦酸鋇-鈦酸鉛壓電陶瓷。3
該陶瓷材料可以廣泛用于換能器，激勵器，電容器，驅(qū)動器，微波通訊，濾波器，超 聲振蕩器和壓電蜂鳴器領(lǐng)域。


圖1為BIN-PT的粉末衍射圖譜；圖2為BIN-PT體系不同組成的介電溫譜；圖3為BIN-PT體系不同組成的電滯回線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1、以固相合成法合成 0. 40Ba(In0.5Nb0.5) O3-0.60PbT03將初始原料BaCO3, In2O3，Nb2O5，PbO, TiO2 按 Ba(Ina5Nba5)O3 和 PbTO3 的化學(xué)計量 比稱重，經(jīng)混合、研磨、烘干、成型，成型壓力4MPa，然后在1120°C恒溫4小時，經(jīng)過固相反 應(yīng)，得到鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)的0. 40Ba (Ina5Nba5) O3-O. 60 !1 化合物，把該產(chǎn)物重新粉碎、研磨、 烘干、成型，成型壓力8MPa，再升溫到1340°C燒結(jié)(恒溫4小時)，即為本發(fā)明研制的鐵電陶 瓷。通過對該組分陶瓷的介電性能測量，得到該組分陶瓷的居里點(diǎn)為100°C。實(shí)施例2、以 固相合成法合成 0. 36Ba (Ina5Nba5) O3-O. 64PbT03.將初始原料BaCO3, In2O3，Nb2O5，PbO, TiO2 按 Ba(Ina5Nba5)O3 和 PbTO3 的化學(xué)計量 比稱重，經(jīng)混合、研磨、烘干、成型，成型壓力4MPa，然后在1120°C恒溫4小時，經(jīng)過固相反 應(yīng)，得到鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)的0. 36Ba (Ina5Nba5) O3-O. 64Ι^Τ03化合物，把該產(chǎn)物重新粉碎、研磨、 烘干、成型，成型壓力8MPa，再升溫到1300°C燒結(jié)(恒溫4小時)，即為本發(fā)明研制的鐵電陶 瓷。通過對該組分陶瓷的介電性能測量，得到該組分陶瓷的居里點(diǎn)為165°C。實(shí)施例3、以 固相合成法合成 0. 34Ba (In0.5Nb0.5) O3-O. 66PbT03將初始原料BaCO3, In2O3，Nb2O5，PbO, TiO2 按 Ba(Ina5Nba5)O3 和 PbTO3 的化學(xué)計量 比稱重，經(jīng)混合、研磨、烘干、成型，成型壓力4MPa，然后在1120°C恒溫4小時，經(jīng)過固相反 應(yīng)，得到鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)的0. 34Ba (Ina5Nba5) O3-O. 66Ι^Τ03化合物，把該產(chǎn)物重新粉碎、研磨、 烘干、成型，成型壓力8MPa，再升溫到1300°C燒結(jié)(恒溫4小時)，即為本發(fā)明研制的鐵電陶 瓷。通過對該組分陶瓷的介電性能測量，得到該組分陶瓷的居里點(diǎn)為193°C。實(shí)施例4、以固相合成法合成 0. 20Ba (In0.5Nb0.5) O3-O. 80PbT03將初始原料BaCO3, In2O3，Nb2O5，PbO, TiO2 按 Ba(Ina5Nba5)O3 和 PbTO3 的化學(xué)計量 比稱重，經(jīng)混合、研磨、烘干、成型，成型壓力4MPa，然后在1100°C恒溫4小時，經(jīng)過固相反 應(yīng)，得到鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)的0. 20Ba (Ina5Nba5) O3-O. 80 !1 化合物，把該產(chǎn)物重新粉碎、研磨、 烘干、成型，成型壓力8MPa，再升溫到1280°C燒結(jié)(恒溫4小時)，即為本發(fā)明研制的鐵電陶 瓷。通過對該組分陶瓷的介電性能測量，得到該組分陶瓷的居里點(diǎn)為344°C。
權(quán)利要求
1.一種新型弛豫鐵電固溶體鈮銦酸鋇-鈦酸鉛陶瓷，其特征在于該陶瓷具有復(fù)合鈣鈦 礦型結(jié)構(gòu)，其化學(xué)式組成為(I-X)Ba(Ina5Nba5)O3-XPbTiO3，其中0 < χ < 1。
2.一種如權(quán)利要求1所述的鈮銦酸鋇-鈦酸鉛陶瓷，其特征在于該陶瓷體系的MPB區(qū) 域在0. 60 ^ χ ^ 0. 66范圍之內(nèi)。
3.—種權(quán)利要求1的鈮銦酸鋇-鈦酸鉛陶瓷的制備方法，其特征在于該制備方法屬 于固相合成法，包括如下步驟第一步，將初始原料按照(I-X)Ba(Ina5Nba5)O3-XmyriC^O <x< 1的化學(xué)式化學(xué)計量比稱重，經(jīng)充分混合研磨，烘干成型，然后在1100-1120°C合成， 獲得預(yù)合成的樣品；第二步，將合成的樣品研磨，烘干成型，在U65-1380°C燒結(jié)，即獲得鈮 銦酸鋇-鈦酸鉛壓電陶瓷。
4.一種權(quán)利要求1的鈮銦酸鋇-鈦酸鉛陶瓷的用途，其特征在于該材料用于換能器， 激勵器，電容器，驅(qū)動器，微波通訊，濾波器，超聲振蕩器和壓電蜂鳴器領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型弛豫鐵電固溶體陶瓷鈮銦酸鋇-鈦酸鉛及其制備方法。該陶瓷具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，其化學(xué)式為(1-x)Ba(In0.5Nb0.5)O3-xPbTO3，其中(0＜x＜1)。該陶瓷體系的準(zhǔn)同型相界(MPB)范圍是0.60≤x≤0.66。該陶瓷的制備可以采用兩步合成法或固相合成法。固相合成法制備的步驟如下第一步，將初始原料按照化學(xué)計量比稱重，混合研磨，烘干定型，加熱至1100-1120℃恒溫4小時，獲得預(yù)合成的樣品；第二步，將上一步獲得的產(chǎn)物重新研磨，烘干定型，再加熱到1265-1380℃恒溫3小時，即獲得本發(fā)明中的弛豫鐵電固溶體陶瓷。本發(fā)明制備的陶瓷屬于含鉛少的環(huán)保型陶瓷。
文檔編號C04B35/622GK102050623SQ20091011271
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者李修芝, 王祖建, 龍西法 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所