一种钛钪锑酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷及用途制造技术

本发明专利技术公开了一种钛钪锑酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷及其用途，其特点是该弛豫铁电陶瓷的通式为：（１－ｘ）（Ｂｉ↓［１－ｙ］Ｌｉ↓［ｙ］）（Ｓｃ↓［１－ｙ］Ｓｂ↓［ｙ］）Ｏ↓［３］－ｘＰｂＴｉＯ↓［３］，其中ｘ、ｙ表示复合离子中相应元素材料在各元素中所占的原子数，所有元素的原子数总和为１，式中０．６０≤ｘ≤０．６５，０．０１≤ｙ≤０．１５。该弛豫铁电陶瓷由以下原料组分组成，按重量计为：三氧化二铋２３．３７～３４．３７份，三氧化二钪６．９２～１０．１７份，二氧化钛１４．５５～１７．５２份，氧化铅４０．６４～４８．９６份，三氧化二锑０．１７～３．３４份和碳酸锂０．０４～０．８５份。钛钪锑酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷铁电－顺电相变温度为３００～３４１℃，压电常数ｄ↓［３３］可达５４５ｐＣ／Ｎ，平面机电耦合系数ｋ↓［ｐ］可达５８％；该弛豫铁电陶瓷用于大功率超声器件，高温物体超声波，以及高温物体的振动、加速度和压力测试领域。

Titanium scandium antimony lead bismuth lithium series relaxor ferroelectric ceramic and use thereof

The invention discloses a lead bismuth lithium titanate scandate antimonate relaxor ferroelectric ceramics and its use, its characteristic is the general formula of the relaxor ferroelectric ceramics: (1 - x) (Bi: 1 y: Li: y) (Sc: 1 y: Sb: y 3: O): xPbTiO: 3, x, y table number of atoms are shown corresponding element composite ion for each element, the sum of all the elements of the atomic number 1, type 0.60 = x = 0.65, y = 0.01 ~ 0.15. The relaxor ferroelectric ceramic material consists of the following components by weight: three two 23.37 ~ 34.37 bismuth oxide, three oxidation two SC 6.92 ~ 10.17, 14.55 ~ 17.52 of titanium dioxide, lead 40.64 to 48.96, three from 0.17 to 3.34 copies of two antimony oxide and lithium carbonate from 0.04 to 0.85. The phase transition temperature of lead bismuth lithium titanate scandate antimonate relaxor ferroelectric ceramics ferroelectric paraelectric is 300 to 341 DEG C, the piezoelectric constant D down 33 up to 545pC / N, planar electromechanical coupling coefficient K: P up to 58%; the relaxor ferroelectric ceramics for high power ultrasonic devices, high temperature ultrasonic vibration objects. The acceleration and pressure test in the field and high temperature object.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钛钪锑酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷及其用途，属于功能陶瓷材料领域。
技术介绍
弛豫型铁电体(RelaxorFerroelectrics)是一类重要的功能材料，它具有介电常数高， 电致伸縮效应大，响应速度快，回零性好，驱动功率小，理论上无滞后等优点，是制 造多层陶瓷电容器，微位移驱动器、致动器及电光学器件的理想材料。目前，国内外 研究较多的弛豫型铁电材料主要集中在Pb(Mg1/3Nb2/3)03和Pb(Zn1/3Nb2/3)03等体系 (Seung-Eek Park and Thomas R. Shrout， Ultrahigh strain and piezoelectric behavior in relaxor based ferroelectric single crystals ， J. Appl. Phys.， 1997, Vol. 82 :1804-1811)。如 Pb(Mg1/3Nb2/3)03-PbTi03 (P画-PT)和Pb(Zni/3Nb2/3)03-PbTi03 (PZN-PT)陶瓷，它们都 具有高的介电常数、大的电致收縮系数和高的压电常数，在航空、航天、自适应光学、 精密机械加工、自动控制、半导体集成、生物医学工程等科技领域以及显微分析技术 等方面有着广阔的应用前景。1但是这类陶瓷材料在制备和使用过程中还存在着一些弊端，如PMN-PT和 PZN-PT体系位于准同型相界(Morpho加pic Phase Boundary)附近的组分的居里温度 (铁电-顺电相变温度Tm)均在200 °C以下。低的居里温度使得PMN-PT和PZN-PT 陶瓷的性能-温度稳定性较差，其器件的使用温度一般被限制在100 °C以下。另外， PMN-PT和PZN-PT陶瓷在常规制备工艺条件下总是存在着一定的焦绿石相，难以烧成 纯的钙钛矿结构；它们的烧成温度也相对较高， 一般为1200。C或更高，因此耗能大， 不利于降低生产成本。随着科学技术的迅猛发展，许多电子电器设备需要在更宽的温度范围内正常使用， 这要求铁电材料具有更高的居里温度。研究新型的高居里温度、高性能的铁电材料， 在高温电子领域已经成为当务之急。如工业上所用的大功率超声器件，高温物体超 声波应用，高温物体的振动，加速度和压力测定，都要求铁电材料具有良好的温度-性 能稳定性和更宽的温度使用范围。近年来，Bi(Me)03-PbTiCh体系压电陶瓷由于具有较高的居里温而备受研究者的关注(Richard E. EITEL， New High Temperature Morphotropic Phase Boundary Piezoelectrics Based on Bi(Me)O3-PbTiO3 Ceramics , Jpn. J. Appl. Phys.， 2001, Vol. 40: 5999-6002)。 Bi(Me)03-PbTi03体系压电陶瓷的发现，为开发新型的具有高居里温度的弛豫铁电陶瓷提供了可能。如在BiSc03-PbTi03体系中引入(Ba,Sr)Ti03，形成(Ba，Sr)TiOrBiSc03-PbTi03三元固溶体。该体系表现出明显的介电 弛豫现象，其铁电-顺电相变温度(rm)在246 338。C之间，明显高于传统的铅基弛豫 铁电陶瓷。又如在BiSc03-PbTiCb体系中引入PbSn03，形成PbSn03-BiSc03-PbTi03 三元固溶体，该体系同样表现出明显的介电弛豫现象，铁电-顺电相变温度在237~353°C 之间。但是，(Ba,Sr)Ti03和PbSn03的引入都会在一定程度上降低体系的压电常数和机 电耦合系数，为器件的设计带来一定的困难(根据引入量的不同，位于准同型相界附 近组分的压电常数43 —般在200~440pC/N之间)。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足而提出一种钛钪锑酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷及其用途，其特点是能在较低烧结温度下烧成，具有高的铁电-顺电相变温度(rm)和 优异的压电性能。本专利技术的目的由以下技术描述实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。钛钪锑酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷的通式为(l ;c)(Bii.y Liy)(Sc!.ySby)03-xPbTi03，其中c、 y表示复合离子中相应元素材料在各元素中所占的原子数，所有元素的 原子数总和为l，式中0.60《jc《0.65， 0.01《j;《0.15。钛钪锑酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷由以下原料份数组成三氧化二铋 23.37~34.37份三氧化二钪 6.92~10.17份二氧化钛 14.55~17.52份氧化铅 40.64~48.96份三氧化二锑 0.17~3.34份碳酸锂 0.04-0.85份钕钪锑酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷的制备方法包括以下步骤(1) 将三氧化二铋23.37~34.37份，三氧化二钪6.92~10.17份，二氧化钛 14.55~17.52份，氧化铅40.64~48.96份，三氧化二锑0.17~3.34份和碳酸锂0.04~0.85 份，以球磨或振磨的方式进行混料，时间为12 24小时，在温度为800°C~850 °C 预烧2 4小时；(2) 将上述预烧粉料加入球磨机中研磨5 10小时，然后加入浓度为10% 15 °/0的聚乙烯醇粘结剂造粒，聚乙烯醇粘结剂的用量为粉体重量的8% 15%，造粒后 的粉料在陶瓷研钵中研磨0.5 1小时，再在温度为100。C 150。C的烘箱中烘烤8 30分钟，取出再研磨0.5 1小时，过60月分样筛，获得颗粒大小均匀，流动性好的 粉料；(3) 将上述粉料在18 22Mpa下干压成型，保压10 30秒，获得所需形状的 陶瓷生坯，此陶瓷生坯经充分排胶后，放入刚玉坩锅中，在温度1080。C 1120。C烧 结2 4小时，获得质量好的陶瓷；(4) 将上述烧结成型的陶瓷经研磨抛光、清洗后，采用丝网印刷机镀上银电极， 在温度12(rC 150。C的硅油中预热5 10分钟后，缓慢施加直流电压对其极化，极 化步骤如下1.0Kv/mm保压5分钟—2.0 KV/mm保压5分钟—3.0 3.5 KV/mm保压 IO分钟，极化后的陶瓷经清洗，获得具有高压电系数、高居里温度的陶瓷成品。聚乙烯醇粘结剂由以下组分组成聚乙烯醇15%，甘油7%，酒精3%，去离子 水75%。采用丹东方圆仪器公司生产的DX-1000型X射线衍射仪测试钛钪锑酸铅铋锂系 弛豫铁电陶瓷的X射线衍射峰图谱，如图1所示。采用美国Radiant公司生产的 Precision Workstation测试钛钪锑酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷的铁电回线，如图2所示。 采用中国科学院声学研究所生产的ZJ-3A型准静态^3测试仪和美国Angilent公司生 产的HP4294A型精密阻抗分析仪测试钛钪锑酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷的压电常数力3 和"31,机电耦合系数/kp和A，如图3所示。采用高温介电性能测试系统测试钛钪锑 酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷的介电常数在不同频率下随温度变化的关系图(介温图谱)， 如图4所示。结果表明，本专利技术的钛钪锑酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷的晶体结构为单一 的钙钛矿结构，铁电-顺电相变温度在300~341°C之间，明显高于传统PMN-PT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛钪锑酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷，其特征在于该弛豫铁电陶瓷的通式为：（１－ｘ）（Ｂｉ↓［１－ｙ］Ｌｉ↓［ｙ］）（Ｓｃ↓［１－ｙ］Ｓｂ↓［ｙ］）Ｏ↓［３］－ｘＰｂＴｉＯ↓［３］，其中ｘ、ｙ表示复合离子中相应元素材料在各元素中所占的原子数，所有元素的原子数总和为１，式中０．６０≤ｘ≤０．６５，０．０１≤ｙ≤０．１５。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建国，江一杭，肖定全，覃宝全，赵毅，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]