一种钛酸钡基无铅压电陶瓷、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种钛酸钡基无铅压电陶瓷、其制备方法及应用。所述陶瓷的组分通式为（Sr

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸钡基无铅压电陶瓷、其制备方法及应用
本专利技术涉及一种钛酸钡基无铅压电陶瓷、其制备方法及应用，属于环境友好型功能陶瓷

技术介绍
钛酸钡（BaTiO3，BT）作为著名的铁电和压电材料，是迄今为止研究得最为透彻的物质之一，而且BaTiO3基压电陶瓷具有优异电学性能和环境友好性，因此成为目前制备无铅压电陶瓷的重要候选材料。但是，纯钛酸钡的压电性能不足(d33~190pC/N),难以直接取代铅基陶瓷，而通过掺杂或在BT中加入第二组元或多组元可以优化其物相结构，从而提高其压电性能。近年来，许多研究都致力于在室温附近构建钛酸钡基铁电压电陶瓷的菱方相-正交相（R-O），正交相-四方相（O-T）以及四方相-菱方相（T-R）相界。例如，Kalyani等通过在钛酸钡中掺入大半径B位离子，但这些相界在相图中是离散的，得到的O-T以及R-O相界并不连续，随组分变化陶瓷的性能差异明显。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种钛酸钡基无铅压电陶瓷及其制备方法，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种钛酸钡基无铅压电陶瓷的组分通式为（SrxBa1-x）（ZryTi1-y）O3，式中，0<x≤0.1，0<y≤0.1，Zr元素的原子数百分含量为2at%-7at%。本专利技术实施例还提供了一种钛酸钡基无铅压电陶瓷制备的方法，其包括以下步骤：一、配料：将原料TiO2、ZrO2、BaCO3、SrCO3粉体按照化学计量比（SrxBa1-x）（ZryTi1-y）O3进行称量，其中0<x≤0.1，0<y≤0.1；二、混料：将步骤一称量的原料放入球磨罐中球磨，球磨介质为无水乙醇和氧化锆磨球，其中，球磨条件为：球料比为4：1：1，球磨时间为10-12h；球磨后，将球磨所得浆料于80-120℃下保温烘干1h；三、预烧：将步骤二烘干后的粉料放入陶瓷坩埚中，以3-5℃/min的升温速率升温至800-900℃，并保温1-2h，再以3-5℃/min的升温速率升温至1150-1250℃，并保温3-5h；四、造粒：将步骤三烘干后粉体研磨、过筛，然后添加5wt.％聚乙烯醇充分研磨进行造粒，取140目筛上及60目筛下料粉体备用；五、成型：将步骤四140目筛上及60目筛下料粉体放入模具內，在180-200MPa的压力下压制成小圆片型；六、排塑：将步骤六的小圆片放入烧结炉中，以4-6℃/min的升温速率升温至550-600℃，保温2-3h进行排胶；七、烧结：将步骤六中排塑后的圆片放入陶瓷坩埚中，以升温速率为5℃/min从室温升温至1150-1250℃，保温60min，之后在40-50min内将温度升至1350-1380℃，保温10-20min，再在10-20min升温至1400℃，保温120min，随炉冷至室温，获得（SrxBa1-x）（ZryTi1-y）O3；八、被银将上步制得的陶瓷小圆片在正反两面刷上银浆，干燥后，在高温烧结炉内加热到600℃，并保温30min，得到带银电极的陶瓷小圆片样品。在一些实施方案中，均采用行星式球磨机对物料进行湿磨，且行星式球磨机的转速为100-500r/min；优选为300r/min。在一些实施方案中，所述步骤五中压制的坯体为圆片状结构，且坯体直径为10-15mm；优选为12mm，厚度为1-2mm。本专利技术还提供一种电极材料，其包括上述的钛酸钡基无铅压电陶瓷。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：本专利技术提供的钛酸钡基无铅压电陶瓷为高性能、高组分稳定性的、绿色的铁电压电陶瓷，在Zr的掺入量为2at%-7at%的组分区间内表现出优异的压电性能d33>320PC/N，且采用固相烧结法制备的（SrxBa1-x）（ZryTi1-y）O3陶瓷工艺简单、成本低、利于工业化推广。附图说明图1是本专利技术一典型实施例中（SrxBa1-x）（ZryTi1-y）O3陶瓷的工艺流程示意图；图2是本专利技术实施例1中制得的Ba0.95Sr0.05ZrxTi(1-x)O3陶瓷的DSC差热分析图；图3是本专利技术实施例1中制得的Ba0.95Sr0.05ZrxTi(1-x)O3陶瓷的设计原理图；图4是本专利技术实施例1中制得的Ba0.95Sr0.05ZrxTi(1-x)O3陶瓷的XRD图；图5是本专利技术实施例1中制得的Ba0.95Sr0.05ZrxTi(1-x)O3陶瓷的温度-成分相图；图6是本专利技术实施例1中制得的Ba0.95Sr0.05ZrxTi(1-x)O3陶瓷的压电性能图。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。BaTiO3属于ABO3型钙钛矿结构，随着温度的变化，BaTiO3(BT)经历以下的相变过程：立方顺电相←120℃→四方相←5℃→正交相←-80℃→菱方相。不同元素的掺入会引起这三个相变温度不同的变化。其中，Zr元素的掺入会显著改变这三个相变温度，具体表现：为居里温度（TC）下降，四方相-正交相相转变温度（TO-T）以及正交相-菱方相相转变温度（TO-R）明显上升。而Sr元素的掺入对TO-R影响不大，而会使TO-T以及TC略有下降。通过控制掺入BaTiO3的Zr和Sr的含量，调制其多晶相转变温度（TPPT），最终获得随组分变化并相连的TO-T和TO-R相界，得到高度组分稳定性的无铅铁电压电陶瓷。本专利技术实施例提供了一种钛酸钡基无铅压电陶瓷的组分通式为（SrxBa1-x）（ZryTi1-y）O3，式中，0<x≤0.1，0<y≤0.1，Zr元素的原子数百分含量为2at%-7at%。本专利技术实施例还提供了一种钛酸钡基无铅压电陶瓷制备的方法，其包括以下步骤：一、配料：将原料TiO2、ZrO2、BaCO3、SrCO3粉体按照化学计量比（SrxBa1-x）（ZryTi1-y）O3进行称量，其中0<x≤0.1，0<y≤0.1；二、混料：将步骤一称量的原料放入球磨罐中球磨，球磨介质为无水乙醇和氧化锆磨球，其中，球磨条件为：球料比为4：1：1，球磨时间为10-12h；球磨后，将球磨所得浆料于80-120℃下保温烘干1h；三、预烧：将步骤二烘干后的粉料放入陶瓷坩埚中，以3-5℃/min的升温速率升温至800-900℃，并保温1-2h，再以3-5℃/min的升温速率升温至1150-1250℃，并保温3-5h；四、造粒：将步骤三烘干后粉体研磨、过筛，然后添加5wt.％聚乙烯醇充分研磨进行造粒，取140目筛上及60目筛下料粉体备用；五、成型：将步骤四140目筛上及60目筛下料粉体放入模具內，在180MPa的压力下压制成小圆片型；六、排塑：将步骤六的小圆片放入烧结炉中，以4-6℃/min的升温速率升温至550-600℃，保温2-3h进行排胶；七、烧结：将步骤六中排塑后的圆片放入陶瓷坩埚中，以升温速率为5℃/min从室温升温至1150-1250℃，保温60min，之后在40-50min内将温度升至1350-1380℃，保温10-20min，再在10-20min升温至1400℃，保温120min，随炉冷至室温，获得（SrxBa1-x）（ZryTi1-y）O3；八、被银将上步制得的陶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛酸钡基无铅压电陶瓷，其特征在于：所述陶瓷的组分通式为（Sr

【技术特征摘要】
1.一种钛酸钡基无铅压电陶瓷，其特征在于：所述陶瓷的组分通式为（SrxBa1-x）（ZryTi1-y）O3，式中，0<x≤0.1，0<y≤0.1，Zr元素的原子数百分含量为2at%-7at%。2.一种制备权利要求1所述的钛酸钡基无铅压电陶瓷的方法，其特征在于包括以下步骤：一、配料：将原料TiO2、ZrO2、BaCO3、SrCO3粉体按照化学计量比（SrxBa1-x）（ZryTi1-y）O3进行称量，其中0<x≤0.1，0<y≤0.1；二、混料：将步骤一称量的原料放入球磨罐中球磨，球磨介质为无水乙醇和氧化锆磨球，其中，球磨条件为：球料比为4：1：1，球磨时间为10-12h；球磨后，将球磨所得浆料于80-120℃下保温烘干1h；三、预烧：将步骤二烘干后的粉料放入陶瓷坩埚中，以3-5℃/min的升温速率升温至800-900℃，并保温1-2h，再以3-5℃/min的升温速率升温至1150-1250℃，并保温3-5h；四、造粒：将步骤三烘干后粉体研磨、过筛，然后添加5wt.％聚乙烯醇充分研磨进行造粒，取140目筛上及60目筛下料粉体备用；五、成型：将步骤四140目筛上及60目筛下料粉体放入模具內，...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳俊，李垚，成宏卜，
申请(专利权)人：山东大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32