[发明专利]一种高居里点低铅压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高居里点低铅压电陶瓷材料及其制备方法，属于功能陶瓷应用技术领域。

背景技术

Pb(Zr，Ti)O₃基陶瓷(PZT)属于ABO₃型钙钛矿结构材料，具有优异的压电性能，其居里温度高，压电性强，稳定性好，在传感器、压电变压器、超声换能器、谐振器、引燃引爆装置、超声延迟线等领域有着广泛的应用。但是PZT陶瓷的制备需要大量的含铅氧化物，其生产过程和废弃物处理阶段均对环境带来一定的危害，而且随着科学技术的发展，PZT的居里点温度已经很难满足航空航天、石化冶金等领域的需求。特别是高温加速度计、高温传感器、涡街流量计等领域的要求。因此开发低铅的环境协调性好的高居里点压电陶瓷是一项具有重大现实意义的课题。

PZT陶瓷改性一直是压电领域的热点课题，前苏联科学家G.A.Smlensky等人研究了A(B_1/2B’_1/2)O₃型和A(B_1/3B’_2/3)O₃复合钙钛矿型材料，发现采用不同价态的元素复合代替钙钛矿结构中的A、B位离子，不仅可以增加调节压电陶瓷性能的自由度，而且极大丰富了压电陶瓷的种类。

Bi基材料与Pb基的材料相比，有很强的压电性和很高的极化度，环境协调也更好。我们可以据此对PZT进行A位和B位替换，来改性形成新的固溶体，因为Bi³⁺与Pb²⁺具有相同的外层稳定电子结构，而Bi有较高的离子价态以及较小的离子半径，使得Bi改性的PbTiO₃系列具有更为稳定的化学键结构以及更强的化学键作用，从而使得整个系统的居里温度得到提高。

发明内容

本发明的目的在于利用Bi和复合钙钛矿型化合物(Ti、Zn等)对ABO₃型钙钛矿结构的PbTiO₃中的Pb进行部分取代改性，采用模板晶粒生长法(TGG)，以片状钙钛矿结构的SrTiO₃作为模板材料，综合利用晶粒定向技术、流延成型和冷等静压工艺方法，制备一种新型的具有高居里温度的压电陶瓷材料。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

高居里点低铅压电陶瓷材料的制备方法，是采用模板晶粒生长法(TGG)，以片状钙钛矿结构的SrTiO₃作为模板材料，综合利用晶粒定向技术、流延成型和冷等静压工艺方法，具体方法如下：

1)采用熔盐法合成片状SrTiO₃晶体，主要由两个步骤来完成，首先在1150℃，助熔剂KCl/NaCl混合熔盐中合成片状前驱体Sr₃Ti₂O₇，然后再通过SrTiO₃生长基元，在第一步获得的片状晶体Sr₃Ti₂O₇上进行生长制备出片状的SrTiO₃晶体。

2)取500-800g的Bi₂O₃、TiO₂、ZnO、PbO，按Bi(Zn_1/2Ti_1/2)O₃-PbTiO₃的比例混合在一起进行预烧，化学计量比为1∶3∶1∶2。

3)将制好的SrTiO₃模板和BZT-PT粉体作为配制流延浆料的粉体，加入溶剂、分散剂、粘结剂和塑性剂，配制好的浆料经过流延、干燥之后得到素坯，将流延素坯进行裁切、叠层、冷等静压并排塑之后进行烧结，得到压电陶瓷材料。

本发明的效果是：在制备过程中用Bi替代部分Pb，不仅可以有效减少陶瓷中Pb的含量，增加压电陶瓷的环境协调性，而且还增加了材料的居里温度，扩展了其使用范围。可广泛应用于航天、石化、冶金、地质勘探等领域。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述：

实施例1

在1150℃，助熔剂KCl/NaCl混合熔盐中合成3h，制备片状SrTiO₃晶体。