一种BNT基压电陶瓷及其制备方法技术

一种BNT基压电陶瓷及其制备方法，属于压电陶瓷技术领域。本发明专利技术针对目前二元体系BNT‑BT陶瓷高压电性能较低以及漏电流高的问题，提供了一种BNT基压电陶瓷,所述BNT基压电陶瓷的组成为0.93Bi0.5Na0.5TiO3‑0.07BaTiO3:(0.1％‑0.5％MoO3)，是以Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2为原料，经预混球磨、烧结后掺杂MoO3，经二次球磨、烧结后，并镀上银电极制备获得的。本发明专利技术适用于具有较高压电性能和低漏电流的压电陶瓷的生产。

【技术实现步骤摘要】
一种BNT基压电陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及压电陶瓷
，具体涉及一种BNT基压电陶瓷及其制备方法。
技术介绍
压电陶瓷是一种能够将机械能和电能相互转换的信息功能材料，被广泛应用于超声换能、无损探伤、传感器、电子信息等高新
，产品涉及汽车、电子、军事、医疗等各个行业。压电技术的发展对科技的进步，人民生活水平的提高均有重要的意义。目前，市场上使用最多的是Pb(Zr、Ti)O3(PZT)基压电陶瓷材料。PZT系压电陶瓷具有十分优异的压电性能，并且通过掺杂改性可以满足许多不同的性能要求，因而广受欢迎。但是，这些陶瓷中铅的含量过高，会对人体和环境产生严重的危害。近年来，随着人们环保意识的提高以及社会可持续发展的需要，压电陶瓷的无铅化已经成为其发展的必然趋势。Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)是一种A位复合钙钛矿型驰豫铁电体，室温下具有三方对称性。BNT陶瓷由于其具有较高的居里温度(约为300℃)、较大的剩余极化强度(约为40μC/cm2)、较好的声学性能等等优点，一直被认为是PZT的替代品之一。但是它也有一系列的缺点：它的压电性能较低(约为70pC/N)，难以应用于实际的生产活动中；BNT陶瓷的矫顽场比较大，最大能到70kv/cm左右，这就让陶瓷的极化过程困难；还有就是该陶瓷对烧结温度的要求比较高，一般在1200℃以上，但是在高温下，Bi+和Na+容易挥发，导致陶瓷的漏电流比较大。针对这些问题，研究者们主要是通过向BNT中引入其它组元对其进行掺杂改性。一般的作法是，向BNT中加入具有其它相结构的钙钛矿材料，在形成的固溶体中寻找准同型相界(MPB)，期待在MPB区域中得到最优的压电性能。而BNT-BT陶瓷的矫顽场Ec＝30kV/cm，有效地解决了纯BNT陶瓷难以极化的问题，但是其压电性能还是不够理想，压电常数d33＝125pC/N。
技术实现思路
本专利技术针对目前二元体系BNT-BT陶瓷高压电性能较低以及漏电流高的问题，本专利技术提供了一种BNT基压电陶瓷,所述BNT基压电陶瓷的组成为0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3:(0.1％-0.5％MoO3),其中Bi0.5Na0.5TiO3、BaTiO3的摩尔比为0.93：0.07，MoO3占0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3摩尔总量的0.1％-0.5％。优选地，所述BNT基压电陶瓷的组成为0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3:0.1％MoO3。本专利技术还提供了上述BNT基压电陶瓷的制备方法，具体包括如下步骤：1)以Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2和MoO3为原料，按照通式0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3:(0.1％-0.5％MoO3)的化学计量比称量各原料；2)将Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2与乙醇混合后进行球磨，获得浆料；3)将浆料烘干后研磨，再压成圆片放入坩埚于800℃环境下烧结3h；4)然后将圆片研碎，加入称量好的MoO3研磨均匀，加入乙醇，进行二次球磨，获得浆料；5)步骤4)中获得的浆料烘干后获得粉料，向粉料中加入聚乙烯醇PVA研磨后静置；6)然后将粉料过细筛，选取粒径在0.097～0.15mm的粉料；7)将粒径在0.097～0.15mm的粉料压成圆片，在圆片上下表面铺上一层步骤6)中过筛后的粉料，然后置于坩埚中1180℃条件下烧结4h，获得陶瓷；8)将陶瓷镀上电极获得BNT基压电陶瓷。优选地，步骤2)、4)所述球磨时间均为12h。优选地，步骤3)、5)所述烘干温度均为90℃，时间为2.5h。优选地，步骤5)所述聚乙烯醇的质量浓度为5％，用量为0.1ml/g粉料。优选地，步骤5)所述静置为在干燥环境下静置12h。优选地，所述步骤6)中过筛后的粉料是指过160目细筛后的粉料。优选地，所述电极为银电极。优选地，所述银电极的镀制方法是将陶瓷上下表面进行抛光后在其上下表面都均匀地铺上一层550℃的银浆，之后于550℃环境下保温40min。有益效果二元体系BNT-BT陶瓷的压电性能虽然比纯BNT陶瓷的有了一些提高，但是与实际应用还是有着相当的距离的。本专利技术通过对二元体系BNT-BT陶瓷掺杂改性，通过掺杂MoO3来改善BNT体系陶瓷的漏电流较大的问题，得到一种具有较高压电性能和低漏电流的实用性陶瓷。陶瓷烧结温度的选择和粉料粒径的选取对陶瓷的致密性和压电性能都有相当大的影响，本专利技术选择陶瓷的烧结温度为1180℃，粒径为0.097～0.15mm。本专利技术方法制备的BNT基压电陶瓷0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3:0.1％MoO3陶瓷的压电性能d33＝169pC/N，漏电流极大为J＝3.367*10-6A/cm2，而0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3陶瓷的d33＝150pC/N，漏电流极大为J＝3.567*10-6A/cm2。可以看出，本专利技术一定程度上改善了0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3陶瓷的压电性能并缓解了其漏电流较大的问题。同时，掺杂MoO3的0.93BNT-0.07BT陶瓷的矫顽场也出现了一定程度的减小，如图1中b所示，Ec＝22.51kV/cm，进一步缓解了该体系陶瓷极化困难的问题。附图说明图10.93BNT-0.07BT：x％MoO3(x＝0％-0.5％)的铁电性能测试，其中a为0.93BNT-0.07BT：0.1％MoO3的电滞回线，横坐标代表电场强度，纵坐标代表极化强度；b为0.93BNT-0.07BT：x％MoO3(x＝0％-0.5％)的剩余极化强度(左)和矫顽场(右)大小，横坐标代表不同百分比含量MoO3掺杂的陶瓷样品，纵坐标代表剩余极化强度(左)、矫顽场(右)。具体实施方式本专利技术所述的各原料均为分析纯，且均通过商业途径购买获得。实施例1.BNT基压电陶瓷的制备方法。1)以Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2和MoO3为原料，按照通式0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3:0.1％MoO3的化学计量比称量各原料；2)将Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2与适量乙醇混合后进行球磨12h，所述乙醇的用量浸没原料即可(约为40ml)，获得浆料；3)将浆料90℃环境下烘干后2.5h，研磨，再压成直径30mm的圆片，放入氧化铝坩埚中，于800℃环境下烧结3h，此时为预烧阶段。4)把预烧后的圆片研碎，再加入称量好的MoO3一起研磨均匀，加入适量乙醇，二次球磨12h。5)将二次球磨后的浆料于90℃环境下烘干2.5h，获得粉料，向其中加入聚乙烯醇PVA质量百分比含量为5wt％PVA溶液，用量为每克粉料中添加0.1ml，进行研磨，待研磨均匀后，将粉料在干燥环境下放置12h。6)将放置干燥后的粉料分别通过100目和160目的标准分样筛，选取粒径在0.097～0.15mm的粉料。7)将粒径在0.097～0.15mm的粉料压成直径15mm的圆片后放入坩埚，由于Bi+和Na+在高温下容易挥发，通常是加入过量的原料，但是本专利技术是在圆片的上下表面适当且均匀地铺上一层步骤6)中过160目分样筛的粉料，再将坩埚放入1180℃环境下烧结4h本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种BNT基压电陶瓷,其特征在于，所述BNT基压电陶瓷的组成为0.93Bi0.5Na0.5TiO3‑0.07BaTiO3:(0.1％‑0.5％MoO3),其中Bi0.5Na0.5TiO3、BaTiO3的摩尔比为0.93：0.07，MoO3占0.93Bi0.5Na0.5TiO3‑0.07BaTiO3摩尔总量的0.1％‑0.5％。

【技术特征摘要】
1.一种BNT基压电陶瓷,其特征在于，所述BNT基压电陶瓷的组成为0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3:(0.1％-0.5％MoO3),其中Bi0.5Na0.5TiO3、BaTiO3的摩尔比为0.93：0.07，MoO3占0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3摩尔总量的0.1％-0.5％。2.一种BNT基压电陶瓷,其特征在于，所述BNT基压电陶瓷的组成为0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3:0.1％MoO3。3.权利要求1或2所述的BNT基压电陶瓷的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)以Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2和MoO3为原料，按照通式0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3:(0.1％-0.5％MoO3)的化学计量比称量各原料；2)将Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2与乙醇混合后进行球磨，获得浆料；3)将浆料烘干后研磨，再压成圆片放入坩埚于800℃环境下烧结3h；4)然后将圆片研碎，加入称量好的MoO3研磨均匀，加入乙醇，进行二次球磨，获得浆料；5)步骤4)中获得的浆料烘干后获得粉料，向粉料中加入聚乙烯醇PVA研磨后静置；6)然后将粉料过细筛，选取粒径在0....

【专利技术属性】
技术研发人员：吴丰民，林炜鹏，王军军，贺训军，张春晓，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23