[发明专利]一种用于高频超声换能器的无铅压电复合厚膜的制备方法

权利要求书

1.一种用于高频超声换能器的无铅压电复合厚膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、按照Bi_0.5Na_0.5TiO₃的化学计量比，先将五水硝酸铋溶于乙二醇甲醚中，室温磁力搅拌，得到硝酸铋溶液；将无水乙酸钠溶于乙二醇甲醚中，室温磁力搅拌，得到乙酸钠溶液；将摩尔比为1：2的钛酸四正丁酯和乙酰丙酮溶于乙二醇甲醚中，室温磁力搅拌，得到钛酸四正丁酯混合溶液；然后分别将硝酸铋溶液和乙酸钠溶液滴加至钛酸四正丁酯混合溶液中，并在70~90℃下恒温磁力搅拌，之后自然冷却至室温，得到澄清的钛酸铋钠先驱体溶胶；

（2）、按照Bi_0.5(Na_1-xK_x)_0.5TiO₃的化学计量比分别称取碳酸钾、碳酸钠、三氧化二铋和二氧化钛，以无水乙醇为媒介混合球磨，干燥后压片，然后在600℃~1150℃下烧结2~4小时，得到具有钙钛矿结构的钛酸铋钾钠坯体，再经破碎、球磨，得到微纳米级钛酸铋钠粉体；x=0.1~0.5；

（3）、将微纳米级钛酸铋钾钠陶瓷粉体与钛酸铋钠先驱体溶胶混合，然后加入与钛酸铋钠基体等摩尔的高聚物作为稳定分散剂，球磨使之分散均匀，再经过磁力搅拌得到稳定的混合浆料；

（4）、采用旋涂工艺将所得的稳定的混合浆料沉积在硅基底上，然后进行热处理工艺，重复上述旋涂工艺-热处理工艺，得到具有钛酸铋钠/钛酸铋钾钠无铅压电复合厚膜；所述压电复合厚膜的厚度为0.5~30μm。

2.根据权利要求1所述的一种用于高频超声换能器的无铅压电复合厚膜的制备方法，其特征在于，所述热处理工艺为：先150℃～200℃保温3~5分钟，再350℃～450℃保温3～10分钟，650℃～750℃退火3～5分钟。

3.根据权利要求1所述的一种无铅压电复合厚膜的制备方法，其特征在于，所述旋涂工艺为：转速为3000转/分钟，旋涂30秒。

4.根据权利要求1所述的一种用于高频超声换能器的无铅压电复合厚膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中钛酸铋钾钠陶瓷粉体占钛酸铋钾钠陶瓷粉体和钛酸铋钠先驱体溶胶的总质量的20%-80%。

5.根据权利要求1所述的一种用于高频超声换能器的无铅压电复合厚膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中选用过量的五水硝酸铋和无水乙酸钠溶，其中，五水硝酸铋含量过量范围在0.5%-5%摩尔，无水乙酸钠的过量范围在0.5%-10%摩尔。

6.根据权利要求1所述的一种用于高频超声换能器的无铅压电复合厚膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中选用的高聚物为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或聚乙烯醇缩丁醛。

7.根据权利要求1所述的一种用于高频超声换能器的无铅压电复合厚膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中钛酸铋钾钠陶瓷粉体占钛酸铋钾钠陶瓷粉体和钛酸铋钠先驱体溶胶的总质量的40%，x=0.18。

8.根据权利要求1所述的一种用于高频超声换能器的无铅压电复合厚膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，将无水乙酸钠溶于乙二醇甲醚中时加入冰醋酸作为催化剂。

9.根据权利要求1所述的一种用于高频超声换能器的无铅压电复合厚膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中制得的钛酸铋钠先驱体溶胶中钛酸铋钠浓度为0.45mol/L。

10.根据权利要求1所述的一种用于高频超声换能器的无铅压电复合厚膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、首先按照Bi_0.5Na_0.5TiO₃的化学计量比,将过量2%摩尔的五水硝酸铋溶于乙二醇甲醚中，室温磁力搅拌30分钟，得到硝酸铋溶液；将过量10%摩尔的无水乙酸钠溶于乙二醇甲醚中，同时滴加冰醋酸作为催化剂，室温磁力搅拌30分钟，得到乙酸钠溶液；将摩尔比为1：2的钛酸四正丁酯和乙酰丙酮溶于乙二醇甲醚中，室温磁力搅拌40分钟，得到钛酸四正丁酯混合溶液；然后分别将硝酸铋溶液和乙酸钠溶液滴加至钛酸四正丁酯混合溶液中，并在80℃下恒温磁力搅拌1小时，之后自然冷却至室温，最终得到澄清的钛酸铋钠先驱体溶胶，并调整钛酸铋钠浓度为0.45mol/L；

（2）、按照Bi_0.5(Na_1-xK_x)_0.5TiO₃的化学计量比分别称取碳酸钠、碳酸钾、三氧化二铋和二氧化钛，以无水乙醇为媒介混合球磨，干燥后压片，然后在1150℃下烧结4小时，得到具有钙钛矿结构的钛酸铋钾钠坯体，再经破碎、球磨，得到微纳米级钛酸铋钾钠粉体；x=0.18

（3）、将微纳米级钛酸铋钾钠粉体与浓度为0.45mol/L的钛酸铋钠先驱体溶胶混合，其中钛酸铋钾钠的质量含量选取为40%，然后加入与钛酸铋钠基体等摩尔的聚乙烯吡咯烷酮作为稳定分散剂，普通球磨4小时，使之充分分散均匀，再经过磁力搅拌得到稳定的混合浆料；

（4）、采用旋涂工艺将所得的稳定的混合浆料沉积在镀Pt的硅基底上，其中转速为3000转/分钟，旋涂30秒；然后进行热处理工艺，其中先150℃保温3分钟，再420℃保温10分钟，750℃退火3分钟；重复上述旋涂工艺-热处理工艺，得到具有钛酸铋钾钠/钛酸铋钠无铅压电复合厚膜。