高压电系数钛铪酸钡系无铅压电陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及压电陶瓷技术领域，是一种高压电系数钛铪酸钡系无铅压电陶瓷及其制备方法；该高压电系数钛铪酸钡系无铅压电陶瓷按下述方法得到：第一步，将BaCO3、TiO2和HfO2按物质的量之比1:（1-x）:x混均成混合物料。本发明专利技术高压电系数钛铪酸钡系无铅压电陶瓷，同钛酸钡陶瓷相比，本发明专利技术在略低钛酸钡陶瓷烧结温度的情况下，压电系数是钛酸钡陶瓷的2倍至3倍，与锆钛酸钡陶瓷相比，在远低于锆钛酸钡陶瓷烧结温度的情况下，压电系数远大于锆钛酸钡陶瓷，本发明专利技术在提升材料压电系数的基础上降低了材料的烧结温度，节约生产成本，同时本发明专利技术制备工艺简单、适用于工业化生产与推广。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及压电陶瓷
，是一种；该高压电系数钛铪酸钡系无铅压电陶瓷按下述方法得到：第一步，将BaCO3、TiO2和HfO2按物质的量之比1:（1-x）:x混均成混合物料。本专利技术高压电系数钛铪酸钡系无铅压电陶瓷，同钛酸钡陶瓷相比，本专利技术在略低钛酸钡陶瓷烧结温度的情况下，压电系数是钛酸钡陶瓷的2倍至3倍，与锆钛酸钡陶瓷相比，在远低于锆钛酸钡陶瓷烧结温度的情况下，压电系数远大于锆钛酸钡陶瓷，本专利技术在提升材料压电系数的基础上降低了材料的烧结温度，节约生产成本，同时本专利技术制备工艺简单、适用于工业化生产与推广。【专利说明】
本专利技术涉及压电陶瓷
，是一种。
技术介绍
钛酸钡(BaTiO3, BT)为典型的ABO3钙钛矿型铁电体，是最早发现的无铅压电材料，相应的BT基压电材料研究时间较长，是研究的相当成熟的无铅压电陶瓷，最初用于压电振子材料，目前是制造电容器的重要材料之一。纯BaTiO3机电耦合系可达0.36，机械品质因数可达360，压电性能只属于中等水平压电系数d33约为190 X 10_12C/N，制备较简单，形状和极化方向可任意选择，但由于其居里温度较低(Tc = 120°C )、工作温区较窄、在室温附近(即在工作温区)存在斜方晶系和四方晶系相变、性能参数的时间和温度稳定性都欠佳，目前，BT基陶瓷主要作为介电材料应用(如多层陶瓷电容器)，作为压电应用不多见。对BT性能的改进工作主要集中在两个方面，一是通过改变工艺(两步烧结法)对钛酸钡进行改性，但制备工艺技术要求高，对环境污染严重，不易实现工业化生产；另一种就是通过对BT中A位和B位元素的掺杂，提高BT材料的性能，突出的工作是Zhi Yu, Chen Ang, RuyanGuo,和A.S.Bhalla利用固相反应法向Ba (Ti1^xZrx)O3 (x=0至0.3)铁电陶瓷，发现在x=0.05 时，材料的机电耦合系数 K33=56.5%，压电系数 d33=236pC/N (JOURNAL OF APPLIEDPHYSICS,92 (3)，2002), Wei Li, Zhijun Xu, Ruiqing Chu, Peng Fu 和 Guozhong Zang利用固相反应法向Ba (TihZrx)O3 (x=0.02至0.2)铁电陶瓷，发现在x = 0.15介电常数可达 15900，而在 X = 0.05 陶瓷的压电系数 d33=208pC/N, Κρ=31.5%, Qm=500 (BrazilianJournal of Physics, vol.40, n0.3, September, 2010),但 Ba (TUrx) O3 烧结温度均在1500°C以上。目前，有关钛铪酸钡高压电系数压电陶瓷性能尚未见文献报道。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高压电系 数钛铪酸钡系无铅压电陶瓷及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有钛酸钡陶瓷和Ba (TihZrx)O3陶瓷的压电系数低、Ba(TUrx) O3陶瓷的烧结温度高的问题。本专利技术的技术方案之一是通过以下措施来实现的:一种高压电系数钛铪酸钡系无铅压电陶瓷，按下述方法得到:第一步，将BaC03、Ti02和HfO2按物质的量之比1: (1-χ):χ混均成混合物料，其中χ=0.005或χ=0.02或χ=0.05或χ=0.07或χ=0.I或χ=0.2 ;第二步，把混合物料和去离子水一起加入球磨机中球磨15 h至18 h后得到浆料，去离子水的加入量为混合物料体积的I倍至1.5倍，然后把浆料放置在温度为80°C至100°C下干燥3 h至5h后，在温度为1100°C的高温电阻炉中恒温2h至4h，得到粉体；第三步，按每4克粉体配质量百分比浓度为2.5%的聚乙烯醇溶液0.3毫升至0.4毫升计，向粉体中加入聚乙烯醇溶液使粉体湿润并粘合在一起得到软材，软材经造粒后加入圆柱形模具中并用电动压机压制成陶瓷坯体；第四步，将陶瓷坯体放置在温度为100°C至120°C下恒温排水0.5h至lh，然后在温度为500°C至600°C下恒温排塑2h至4h，排塑后放置在温度为1320°C至1400°C的箱式电炉中恒温2h至4h冷却后得到烧结后的陶瓷坯体，在烧结后的陶瓷坯体上刷银电极并烧银得到镀有银电极的瓷片；第五步，将镀有银电极的瓷片浸在硅油中室温极化20min至30min、极化电场为lKV/mm至3KV/mm，极化后静置24h至28h得到高压电系数钛铪酸钡系无铅压电陶瓷。本专利技术的技术方案之二是通过以下措施来实现的:一种高压电系数钛铪酸钡系无铅压电陶瓷，按下述步骤进行:第一步，将BaC03、Ti02和HfO2按物质的量之比1: (1-χ):χ混均成混合物料，其中χ=0.005或χ=0.02或χ=0.05或χ=0.07或χ=0.I或χ=0.2 ;第二步，把混合物料和去离子水一起加入球磨机中球磨15 h至18 h后得到浆料，去离子水的加入量为混合物料体积的I倍至1.5倍，然后把浆料放置在温度为80°C至100°C下干燥3 h至5h后，在温度为1100°C下的高温电阻炉中恒温2h至4h，得到粉体；第三步，按每4克粉体配质量百分比浓度为2.5%的聚乙烯醇溶液0.3毫升至0.4毫升计，向粉体中加入聚乙烯醇溶液使粉体湿润并粘合在一起得到软材，软材经造粒后加入圆柱形模具中并用电动压机压制成陶瓷坯体；第四步，将陶瓷坯体放置在温度为100°C至120°C下恒温排水0.5h至lh，然后在温度为500°C至600°C下恒温排塑2h至4h，排塑后放置在温度为1320°C至1400°C的箱式电炉中恒温2h至4h冷却后得到烧结后的陶瓷坯体，在烧结后的陶瓷坯体上刷银电极并烧银得到镀有银电极的瓷片；第五步，将镀有银电极的瓷片浸在硅油中室温极化20min至30min、极化电场为lKV/mm至3KV/mm，极化后静置24h至28h得到高压电系数钛铪酸钡系无铅压电陶瓷。下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进: 上述第二步中，高温电阻炉的升温速率为2V /min至4°C /min。上述第三步中，软材经造粒、过50目至100目筛后加入圆柱形模具中并用电动压机压制成陶瓷坯体，电动压机的压力为60MPa至70MPa。上述陶瓷还体的直径为13mm,厚度为Imm至2mm。本专利技术高压电系数钛铪酸钡系无铅压电陶瓷，同钛酸钡陶瓷相比，本专利技术在略低钛酸钡陶瓷烧结温度的情况下，压电系数是钛酸钡陶瓷的2倍至3倍，与锆钛酸钡陶瓷相t匕，在远低于锆钛酸钡陶瓷烧结温度的情况下，压电系数远大于锆钛酸钡陶瓷，本专利技术在提升材料压电系数的基础上降低了材料的烧结温度，节约生产成本，同时本专利技术制备工艺简单、适用于工业化生产与推广。【专利附图】【附图说明】附图1为本专利技术烧结温度为1400°C恒温4h后得到的Ba (TipxHfx) O3陶瓷在x=0.005、x=0.02、x=0.05、x=0.07、x=0.Ux=0.2 的 XRD 衍射图谱。附图2为本专利技术烧结温度为1400°C恒温4h后得到的Ba (Ti1^xHfx)O3陶瓷在x=0.005 的 SEM 图。附图3为本专利技术烧结温度为1400°C恒温4h后得到的Ba(IVxHfx)O3陶瓷在x=0.02的SEM图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压电系数钛铪酸钡系无铅压电陶瓷，其特征在于按下述方法得到：第一步，将BaCO3、TiO2和HfO2按物质的量之比1:（1?x）:x混均成混合物料，其中x=0.005或x=0.02或x=0.05或x=0.07或x=0.1或x=0.2；第二步，把混合物料和去离子水一起加入球磨机中球磨15?h?至18?h后得到浆料，去离子水的加入量为混合物料体积的1倍至1.5倍，然后把浆料放置在温度为80℃至100℃下干燥3?h?至5h后，在温度为1100℃的高温电阻炉中恒温2h至4h，得到粉体；第三步，按每4克粉体配质量百分比浓度为2.5%的聚乙烯醇溶液0.3毫升至0.4毫升计，向粉体中加入聚乙烯醇溶液使粉体湿润并粘合在一起得到软材,软材经造粒后加入圆柱形模具中并用电动压机压制成陶瓷坯体；第四步，将陶瓷坯体放置在温度为100℃至120℃下恒温排水0.5h至1h，然后在温度为500℃至600℃下恒温排塑2h至4h，排塑后放置在温度为1320℃至1400℃的箱式电炉中恒温2h至4h冷却后得到烧结后的陶瓷坯体，在烧结后的陶瓷坯体上刷银电极并烧银得到镀有银电极的瓷片；第五步，将镀有银电极的瓷片浸在硅油中室温极化20min至30min、极化电场为1KV/mm?至3KV/mm，极化后静置24h至28h得到高压电系数钛铪酸钡系无铅压电陶瓷。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹红梅，马晓娇，丁捷，杜卫平，黄以能，
申请(专利权)人：伊犁师范学院，
类型：发明
国别省市：