[发明专利]一种具有近零温度系数的高温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材料，具体是一种具有近零温度系数的高温无铅压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

压电传感器具有结构简单、体积小、响应快、使用寿命长、受外界干扰小等优点，被广泛应用于航空航天、机械、建筑、汽车等行业的振动与冲击测量。随着原子能、航空航天、汽车、冶金与石油化工等工业发展对可靠性和降低噪音的要求，压电传感器需要直接放在高温部件的内部，这样要求压电传感器不断挑战高温作业的极限，如航空发动机振动的测量与燃料系统的监控必须有能在300℃乃至更高温度下工作的压电传感器。解决这些问题的关键是高温压电材料。但是，目前性能优良的高温压电材料非常少，高温压电传感器主要使用成本高昂，生产工艺复杂、压电性能较低的压电单晶材料，而且产品被国外少数几家企业垄断。高温压电陶瓷相比高温单晶材料压电性能较好，可以制备成任意形状的器件，制备工艺简单，成本较低，是一类对国家安全和国民经济可持续发展具有重大意义的新材料。目前报道的高温压电陶瓷多集中在铋层状结构与ABO₃型钙钛矿结构固溶体，而双钙钛矿结构A₂B₁B₂O₆高温压电陶瓷还未见报道。

另一方面，高温压电陶瓷研究主要集中在提高压电性能与温度稳定性方面，对于压电性能的温度敏感性问题的研究还未见报道。对于温度稳定性问题，也是采用退极化温度与居里温度来衡量高温稳定性。退极化温度是测量样品在高温退火后冷却到室温的非原位压电性能，这样获得的温度稳定性不能反应传感器实际高温使用的原位压电性能的温度敏感性问题。在实际高温压电器件的应用中，原位测量压电性能随温度的变化比居里温度与退极化温度更能说明实际问题。目前还很少见到高温压电陶瓷原位压电性能温度系数的报道。

发明内容

本发明的目的是要提供一种具有近零温度系数的高温无铅双钙钛矿结构压电陶瓷及其制备方法，这种无铅压电陶瓷的原位压电性能温度系数接近零，具有高温度稳定性，退极化温度温度≥300^oC，环境友好型、稳定性好、压电性能好。

实现本发明目的的技术方案是：

一种具有近零温度系数的高温无铅压电陶瓷，其配方为：

(1-x)Bi₂FeMnO₆-xBa_0.7(Bi_0.5Na_0.5)_0.3TiO₃+0.005MnO+0.005Nb₂O₅或

(1-x)Bi₂FeNiO₆- x Ba_0.7(Bi_0.5Na_0.5)_0.3TiO₃+0.005MnO+0.005Nb₂O₅或

(1-x)Bi₂FeCrO₆- x Ba_0.7(Bi_0.5Na_0.5)_0.3TiO₃+0.005MnO+0.005Nb₂O₅或

(1-x)Bi₂FeCoO₆- x Ba_0.7(Bi_0.5Na_0.5)_0.3TiO₃+0.005MnO+0.005Nb₂O₅，

其中x表示摩尔分数， 0<x<0.6。

本发明具有近零温度系数的高温无铅压电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

（1）将原料按照化学式Ba_0.7(Bi_0.5Na_0.5)_0.3TiO₃进行配料，以无水乙醇为介质球磨24小时，干燥后在氧化铝坩埚中以900°C一次焙烧5小时合成固溶体粉末；