一种具有高压电性能的无铅铁酸铋基压电陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有高压电性能的无铅铁酸铋基压电陶瓷材料及其制备方法，所述无铅铁酸铋基压电陶瓷材料的化学通式为

【技术实现步骤摘要】
一种具有高压电性能的无铅铁酸铋基压电陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于功能陶瓷材料
，涉及一种具有高压电性能的无铅铁酸铋基压电陶瓷材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的重要功能陶瓷材料
,
已被广泛应用于电子信息
、
医学成像
、
超声传感器
、
超声换能器等
。
[0003]目前
,
占主导地位的压电陶瓷为钛酸铅
、
锆钛酸铅体系
,
但铅是一种有毒元素，具有易挥发和可溶于水的特点
,
在生产和回收过程中会对人员和环境造成铅污染
,
安全隐患大
。
随着环保需求的提高和人类社会可持续性发展的要求，世界各国相继立法限制铅基陶瓷的使用，如欧盟颁布的在
《
电气
、
电子设备中限制使用某些有害物质
》
的指令
,
明确规定铅的限值
,
我国也颁布了
《
电子信息产品污染防治管理办法
》,
压电陶瓷逐渐向无铅化发展
。
[0004]商业化应用的压电陶瓷的居里温度一般为
250
‑
380℃
，较低的居里温度限制了压电陶瓷的适用范围，近年来，铁酸铋基压电陶瓷由于具有高的居里温度
(Tc
可达
600℃
以上
)
和大的剩余极化强度受到了广泛关注，被认为是很有潜力的无铅压电陶瓷
。
但仍存在着常温压电性能低，漏电流大，制备困难等问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述缺陷而提供的一种具有高压电能量收集性能的无铅铁酸铋基压电陶瓷材料及其制备方法
。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术的第一个目的是提供一种具有高压电性能的无铅铁酸铋基压电陶瓷材料，所述无铅铁酸铋基压电陶瓷材料的化学通式为
xBiFeO3‑
yBiAlO3‑
(1
‑
x
‑
y)BaTiO3+1mol
％
MnO2，其中
x
＝
0.65
‑
0.70
，
y
＝
0.005
‑
0.02。
[0008]优选地，所述
x
＝
0.67
，
y
＝
0.01
时，即化学组成为
0.67BiFeO3‑
0.32BaTiO3‑
0.01BiAlO3+1mol
％
MnO2时，所述无铅铁酸铋基压电陶瓷材料的压电系数为
d
33
＝
220
‑
230pC/N(4kV/mm
的直流电场极化测得
)
，居里温度为
460℃。
[0009]进一步地，所述无铅铁酸铋基压电陶瓷材料具有高居里温度
、
高压电性能
。
[0010]进一步地，所述无铅铁酸铋基压电陶瓷材料的制备过程中分别经过
600℃2h、800℃2h
两次预烧
。
[0011]本专利技术的第二个目的是提供一种具有高压电性能的无铅铁酸铋基压电陶瓷材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0012](1)
选取纯度大于
99
％的
Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2、Al2O3作为无铅压电陶瓷材料的原料；
[0013](2)
按化学通式中的化学组成进行称料，进行一次球磨，出料，烘干，得到烘干的粉
料
A
；
[0014](3)
将步骤
(2)
中得到的烘干的粉料
A
在马弗炉中一次煅烧，得到煅烧的粉料
B
；
[0015](4)
将步骤
(3)
中得到的煅烧的粉料
B
加入
MnO2进行二次球磨，出料，烘干，得到烘干的粉料
C
，将烘干的粉料
C
在马弗炉中二次煅烧，得到煅烧的粉料
D
；
[0016](5)
将步骤
(4)
中得到的煅烧的粉料
D
进行三次球磨，出料，烘干，再加入聚乙烯醇
(PVA)
进行造粒，并在5～
8MPa
的压力下压制成陶瓷圆片，即陶瓷胚体；
[0017](6)
将步骤
(5)
中得到的陶瓷坯体在马弗炉中进行排胶，在
600℃
保温
10h
，得到排胶后的陶瓷胚体；
[0018](7)
将步骤
(6)
中得到的排胶后的陶瓷坯体控制升温速度
5℃/min
，从室温升温到
950
～
1000℃
下进行烧结，保温
5h
，自然冷却到室温后，得到烧结后的陶瓷片，将烧结后的陶瓷片用不同粒度的砂纸进行打磨，得到表面光亮平整的陶瓷片，即为所述无铅铁酸铋基压电陶瓷材料
。
[0019]优选地，步骤
(3)
中，所述一次煅烧的条件为
600℃
保温
2h
；步骤
(4)
中，所述二次煅烧的条件为
800℃
保温
2h
；即最佳烧结工艺为分别经过
600℃2h、800℃2h
两次预烧，对于制备高性能
、
高居里温度的无铅压电材料具有非常重要的意义
。
[0020]优选地，步骤
(2)
中，所述一次球磨的球磨介质为氧化锆球，球磨时间为
10
～
18h。
[0021]优选地，步骤
(4)
中，所述二次球磨的球磨时间为
12
～
15h
；步骤
(5)
中所述三次球磨的球磨时间为
12
～
15h。
[0022]优选地，步骤
(5)
中，加入5‑
8wt.
％
PVA
进行造粒
。
[0023]进一步地，步骤
(7)
中，打磨后得到的所述表面光亮平整的陶瓷片的厚度为
0.5mm
；在所述表面光亮平整的陶瓷片涂覆上直径为
7mm
的银浆，在马弗炉中进行烧银，在
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有高压电性能的无铅铁酸铋基压电陶瓷材料，所述无铅铁酸铋基压电陶瓷材料的化学通式为
xBiFeO3‑
yBiAlO3‑
(1
‑
x
‑
y)BaTiO3+1mol
％
MnO2，其中
x
＝
0.65
‑
0.70
，
y
＝
0.005
‑
0.02。2.
根据权利要求1所述的一种具有高压电性能的无铅铁酸铋基压电陶瓷材料，其特征在于，所述
x
＝
0.67
，
y
＝
0.01
时，所述无铅铁酸铋基压电陶瓷材料的压电系数为
220
‑
230pC/N
，居里温度为
460℃。3.
一种如权利要求1或2中任一项所述的具有高压电性能的无铅铁酸铋基压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)
选取纯度大于
99
％的
Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2、Al2O3作为无铅压电陶瓷材料的原料；
(2)
按化学通式中的化学组成进行称料，进行一次球磨，出料，烘干，得到烘干的粉料
A
；
(3)
将步骤
(2)
中得到的烘干的粉料
A
一次煅烧，得到煅烧的粉料
B
；
(4)
将步骤
(3)
中得到的煅烧的粉料
B
加入
MnO2进行二次球磨，出料，烘干，得到烘干的粉料
C
，将烘干的粉料
C
二次煅烧，得到煅烧的粉料
D
；
(5)
将步骤
(4)
中得到的煅烧的粉料
D
进行三次球磨，出料，烘干，再加入聚乙烯醇进行造粒，并在5～
8MPa
的压力下压制成陶瓷圆片，即陶瓷胚体；
(6)
将步骤
(5)
中得到的陶瓷坯体在马弗炉中进行排胶，在
600℃
保温
10h
，得到排胶后的陶瓷胚体；
(7)
将步骤
(6)
中得到的排胶后的陶瓷坯体...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟继卫，贾吉昊，沈波，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：