[发明专利]高压电系数钛铪酸钡系无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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190×10^-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℃ )、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，Ruyan Guo, 和A. S. Bhalla利用固相反应法向Ba（Ti_1-xZr_x）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 APPLIED PHYSICS，92（3）, 2002），Wei Li，Zhijun Xu, Ruiqing Chu，Peng Fu和 Guozhong Zang 利用固相反应法向Ba（Ti_1-xZr_x）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，Kp=31.5%，Qm=500（Brazilian Journal of Physics, vol. 40, no. 3, September, 2010），但Ba（Ti_1-xZr_x）O₃烧结温度均在1500℃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。

发明内容

本发明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（Ti_1-xZr_x）O₃陶瓷的压电系数低、Ba（Ti_1-xZr_x）O₃陶瓷的烧结温度高的问题。