[发明专利]一种改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于压电陶瓷领域，具体涉及一种改性CaBi₂Nb₂O₉铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

对振动量的检测，几乎涉及到每个工程领域。要检测振动就必需振动传感器，压电加速度传感器是其中应用最广、品种最多的传感器之一。在火电发电机组、冶金轧钢机和钢板碾压机和其它大型运转设备等重要设备的振动检测中，都离不开高温压电加速度传感器。其中使用量最多的是300℃～500℃的高温压电加速度计

目前高温压电传感器件的应用对压电陶瓷材料提出了更高的要求：(1)在高温下(480℃-550℃)具有较高的体电阻率；(2)在高温下具有较好的压电稳定性；(3)电容随温度的变化要小，具有优良的性能稳定性。因而研究符合上述要求的高温压电陶瓷材料是高温压电加速度计等高温压电传感器件的基础。

现有技术中，常规的铋层状型压电陶瓷材料的化学通式为：(Bi₂O₂)²⁺(A_m-1B_mO_3m+1)^2-，其中CaBi₂Nb₂O₉相对应的化学式为：(Bi₂O₂)²⁺(CaNb₂O₇)^2-，A位是Ca²⁺，B位是Nb⁵⁺离子，m＝2。纯CaBi₂Nb₂O₉的压电常数d₃₃＜7pC/N，介电损耗tanδ＞1.5％，高温下的直流电阻率比较低(ρ_v(500℃)＜10⁷Ω·cm)，其性能根本无法满足高温(450-550℃)下的使用要求。因此，如何提供一种能够在高温范围内稳定使用的铋层状型压电陶瓷材料已经成为本领域技术人员所亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性CaBi₂Nb₂O₉铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法。本发明的改性CaBi₂Nb₂O₉铋层状结构压电陶瓷材料能在高温范围(480℃-550℃)内稳定使用。

本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：

一种改性CaBi₂Nb₂O₉铋层状结构压电陶瓷材料，其组成通式表示为：(Sm_xBi_2-xO₂)²⁺(Sr_yCa_1-y-zBi_zNb_2-m-nTa_mW_nO₇)^2-，式中0≤x≤0.5，0≤y≤0.2，0≤z≤0.2，0≤m≤0.2，0≤n≤0.3；式中，x、y、z、m和n均表示摩尔比例。

较佳的，所述改性CaBi₂Nb₂O₉铋层状结构压电陶瓷材料的组成通式为(Sm_xBi_2-xO₂)²⁺(Sr_yCa_1-y-zBi_zNb_2-m-nTa_mW_nO₇)^2-，式中0.01≤x≤0.5，0.02≤y≤0.2，0.02≤z≤0.2，0≤m≤0.2，优选为0.04≤m≤0.2，0.02≤n≤0.3；式中，x、y、z、m和n均表示摩尔比例。