一種大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物及其制備方法。采用電子陶瓷工藝制備了兩種化合物的多層交疊復(fù)合體，除了兩種化合物的界面處形成了固溶體，其他地方均不會(huì)改變各自的成分，各自的居里溫度和電致應(yīng)變均得到保留；不僅如此，在界面處形成了固溶體，導(dǎo)致一個(gè)緩沖帶或者相互牽制區(qū)域出現(xiàn)，從而發(fā)揮了兩種成分的優(yōu)勢(shì)，減小了電致應(yīng)變的電場(chǎng)。這種連接方式比單純的兩種陶瓷粘接更加堅(jiān)固，更能發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物及其制備方法，屬于電子材料領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境保護(hù)的日益重視，鉛基壓電陶瓷逐漸要求使用無(wú)鉛材料來(lái)取代。在無(wú)鉛壓電陶瓷中，鈮酸鈉鉀基、鈦酸鋇基和鈦酸鉍鈉基壓電陶瓷顯示了優(yōu)良的壓電性能。其中鈮酸鈉鉀基陶瓷具有較高的居里溫度和較大的壓電常數(shù)；鈦酸鋇基陶瓷具有較大的介電常數(shù)和較大的壓電常數(shù)；鈦酸鉍鈉基陶瓷具有較高的電致應(yīng)變和適中的居里溫度。
[0003]為了得到綜合性能比較好的無(wú)鉛壓電材料，往往采用兩種或者兩種以上的化合物通過(guò)復(fù)合獲得各自的優(yōu)點(diǎn)。例如0.94Bi0.5Na0.5Ti03-0.96BaTi03顯示了極高的電致應(yīng)變和較高的居里溫度[W.Jo, T.Granzow, E.Aulbach, J.Rodel, and D.Damjanovic, Originof the large strain response in (K0 5Na0 5) Nb03-modif ied (Bi0 5Na0 5) T13 - BaT13lead-free piezoceramics, J.App1.Phys.105, 094102 (2009).]。然而通過(guò)固溶的方法獲得的壓電陶瓷有兩個(gè)不足，一是獲得大電致應(yīng)變的驅(qū)動(dòng)電壓很高，另一個(gè)是居里溫度降低的比較厲害。通過(guò)兩種或者兩種以上材料復(fù)合而不是固溶的方法有望改善或者避免上述缺陷。由于兩種或者兩種以上材料各自發(fā)揮著自己的優(yōu)勢(shì)且在界面處相互牽制，從而能獲得較好的綜合電學(xué)性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物由無(wú)鉛壓電化合物A和無(wú)鉛壓電化合物B通過(guò)傳統(tǒng)的電子陶瓷燒制工藝制備而成，其中化合物A是BaTi03、(Bi。.5Na0.5)Ti03、0.94 (Bi0 5Naci 5) T13 - 0.06BaTi03> (KQ.5NaQ.5) Nb03、(Sr0 35Naci 25Bici 35)T13和 0.91 (Bi0 5Na0 5)T13 - 0.06BaTi03 - 0.03 (K0.5Na0.5) NbO3 中的一種，化合物 B是 0.75 (Bi0 5Natl 5)T13 - 0.25SrTi03、0.85 (Bi0 5Na0 5)T13 - 0.15SrZr03>0.96(Bia5Naa5)T13 - 0.04 (K0.5Na0.5) NbO3 和 0.792 (Bi。.5Na。.5) T13- 0.1983 (Bi0.5K0.5) T13-0.0097 (K0.5Na0.5) NbO3 中的一種。
[0006]制備上述大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物具體步驟為:
(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的粉體并造粒備用。
[0007](2)按照質(zhì)量比為1:0.2飛稱(chēng)取步驟(I)制備的化合物A和化合物B，先往模具中加入化合物A，振實(shí)以后加入化合物B，重復(fù)該工序交互疊加化合物A和化合物B，直至化合物A和化合物B交疊的層數(shù)是f 6層，然后在350MPa壓力下壓成素坯。
[0008](3)將步驟(2)制得的素坯通過(guò)傳統(tǒng)的電子陶瓷燒制工藝即制得大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物。
[0009]所述化合物A和化合物B均為無(wú)鉛壓電化合物，其中化合物A是BaTi03、(B1.5Na0.5) Ti03>0.94 (Bi0.5Na0.5) T13 - 0.06BaTi03、(KQ.5NaQ.5) Nb03、(Srtl 35Natl 25Bi0 35)T13 和 0.91 (Bitl 5Natl 5)T13 - 0.06BaTi03 - 0.03 (K0 5Na0 5)NbO3 中的一種，化合物 B 是0.75(Bi0.5Na0 5)Ti03 - 0.25SrTi03、0.85 (Bitl 5Natl 5)T13 - 0.15SrZr03>0.96 (Bi0 5Na0 5)T13 - 0.04 (Kch5Nach5) NbO3 和 0.792 (Bi。.5Na。.5) T13- 0.1983 (Bi0.5K0.5) T13-
0.0097 (K0.5Na0.5) NbO3 中的一種。
[0010]本發(fā)明的大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物與固溶體相比，除了兩種化合物的界面處形成了固溶體，其他地方均不會(huì)改變各自的成分，其居里溫度和電致應(yīng)變均得到保留；不僅如此，在界面處形成了固溶體，導(dǎo)致一個(gè)緩沖帶或者相互牽制區(qū)域出現(xiàn)，從而發(fā)揮了兩種成分的優(yōu)勢(shì)，減小了電致應(yīng)變的電場(chǎng)。這種連接方式比單純的兩種陶瓷粘接更加堅(jiān)固，更能發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，本發(fā)明的制備方法步驟簡(jiǎn)單，易操作。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制得的大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物的室溫電致應(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，圖中的插入部分是化合物A和化合物B復(fù)合的示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制得的大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物的室溫電致應(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，圖中的插入部分是化合物A和化合物B復(fù)合的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1:
(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的粉體并采用機(jī)械造粒備用。
[0014](2)按照質(zhì)量比為1:1稱(chēng)取步驟(I)制備的化合物A和化合物B，先往模具中加入化合物A，振實(shí)以后加入化合物B，然后在350MPa壓力下壓成素坯。
[0015](3)將步驟(2)制得的素坯經(jīng)過(guò)排膠工序然后在1100°C下保溫2小時(shí)即制得大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物。
[0016]所述化合物A和化合物B均為無(wú)鉛壓電化合物，其中化合物A是0.91 (Bi0.5Na0.5)T13 - 0.06BaTi03 - 0.03 (K0.5Na0.5) NbO3,化合物 B 是 0.792 (Bi。.5Na。.5) T13-0.1983 (Bici 5Ktl 5) T13- (XOOgT(Kci 5Naci 5)NbCV
[0017]本實(shí)施例制得的大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物經(jīng)過(guò)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化合物A和化合物B的粉體并采用機(jī)械造粒備用。
[0019](2)按照質(zhì)量比為1:4稱(chēng)取步驟(I)制備的化合物A和化合物B，先往模具中加入化合物A，振實(shí)以后加入化合物B，重復(fù)該工序交互疊加化合物A和化合物B，直至化合物A和化合物B交疊的層數(shù)是4層，即4層化合物A和4層化合物B交疊，然后在350MPa壓力下壓成素坯。
[0020](3)將步驟(2)制得的素坯經(jīng)過(guò)排膠工序然后在1100°C下保溫2小時(shí)即制得大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物。
[0021]所述化合物A和化合物B均為無(wú)鉛壓電化合物，其中化合物A是0.94(Bia5Naa5)T13 - 0.06BaTi03，化合物 B 是 0.75 (Bi。.5Na。.5) T13 - 0.25SrTi03。
[0022]本實(shí)施例制得的大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物經(jīng)過(guò)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】
1.一種大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物，其特征在于該大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物由無(wú)鉛壓電化合物A和無(wú)鉛壓電化合物B通過(guò)傳統(tǒng)的電子陶瓷燒制工藝制備而成，其中化合物 A 是 BaT13' (Bi0 5Na0 5)T13^0.94 (Bi0.5Na0 5)Ti03 - 0.06BaTi03、(K0.5Na0.5)NbO3'(Sra35Naa25Bia35)T13 和 0.91 (Bia5Naa5)T13 - 0.06BaTi03 - 0.03 (Ka5Naa5)NbO3 中的一種，化合物 B 是 0.75 (Bitl 5Natl 5)T13 - 0.25SrTi03、0.85 (Bitl 5Natl 5)T13 - 0.15SrZr03>O- 96 (Bia5Naa5) T13-0.04 (Ka5Naa5)NbO3和0.792 (Bia5Naa5) T13- 0.1983 (Bi0.5K0.5) T13-0.0097 (K0.5Na0.5) NbO3 中的一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物的制備方法，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的粉體并造粒備用； (2)按照質(zhì)量比為1:0.2飛稱(chēng)取步驟(I)制備的化合物A和化合物B，先往模具中加入化合物A，振實(shí)以后加入化合物B，重復(fù)該工序交互疊加化合物A和化合物B，直至化合物A和化合物B交疊的層數(shù)是f 6層，然后在350MPa壓力下壓成素坯； (3)將步驟(2)制得的素坯通過(guò)傳統(tǒng)的電子陶瓷燒制工藝即制得大應(yīng)變無(wú)鉛壓電陶瓷復(fù)合物； 所述化合物A和化合物B均為無(wú)鉛壓電化合物，其中化合物A是BaTi03、(B1.5Na0.5) Ti03>0.94 (Bi0.5Na0.5) T13 - 0.06BaTi03、(KQ.5NaQ.5) Nb03、(Srtl 35Natl 25Bi0 35)T13 和 0.91 (Bitl 5Natl 5)T13 - 0.06BaTi03 - 0.03 (K0 5Na0 5)NbO3 中的一種，化合物 B 是.0.75(Bi0.5Na0 5)Ti03 - 0.25SrTi03、0.85 (Bitl 5Natl 5)T13 - 0.15SrZr03>0.96 (Bi0 5Na0 5)T13 - 0.04 (Kch5Nach5) NbO3 和 0.792 (Bi。.5Na。.5) T13- 0.1983 (Bi0.5K0.5) T13-.0.0097 (K0.5Na0.5) NbO3 中的一種。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK104446447SQ201410624547
【公開(kāi)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(lái)君, 劉賽賽, 鄧建明 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)