[发明专利]一种高固溶度弛豫型纳米无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及压电陶瓷领域，尤其涉及一种高固溶度弛豫型纳米无铅压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

BaTiO₃是最早发现的一种钙钛矿型压电材料，曾广泛应用于各种电子材料元器件中。然而随着科技不断的进步，BaTiO₃较低的压电系数(d₃₃＜100)已满足不了人们日益增长的对压电材料压电性能的需求。PZT(PbZrTiO₃)由于其更为优良的压电性能(d₃₃＞500)已逐渐替代传统的BaTiO₃作为新兴的压电材料应用于电子材料领域。近些年来又随着人们环保意识的日益增强，以及铅毒对环境以及人体健康的危害，以PZT为基体的压电材料在某些领域已被禁止使用。因此，寻求一种无铅且具有高压电系数的压电材料迫在眉睫。

目前制备BCTZ体系压电陶瓷的主要方法是传统固相法，即：将BaCO₃、CaTiO₃、TiO₂、ZrO₂进行混合、球磨。鉴于该方法制备出的粉体纯度低、晶粒尺寸不均匀，且传统固相法制备出的陶瓷在微波烧结环境下容易发生晶粒异常生长。一般来说提高Ca离子的含量升高，会降低材料的居里温度的同时提高材料的温度稳定性，根据经验可得，Ca元素在BaTiO₃中的最大固溶度为20％，而采用传统的固相法很难达到，这是因为传统方法制备出的粉体纯度不够，颗粒尺寸较大且分布不均匀。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种使制得的粉体纯度高且晶粒尺寸均匀的高固溶度弛豫型纳米无铅压电陶瓷及其制备方法。

本发明陶瓷的技术方案是：

所述陶瓷是由Ba_0.8Ca_0.2Ti_0.9Zr_0.1O₃陶瓷粉体在1280～1320℃烧结制成的。

所述烧结方式为微波烧结。

本发明陶瓷制备方法的技术方案是：

包括以下步骤：

1)首先按照Ba_0.8Ca_0.2Ti_0.9Zr_0.1O₃的化学计量比取可溶性钡源、可溶性钙源、可溶性锆源和可溶性钛源溶于水，得到混合溶液；

2)调节步骤1)得到的混合溶液pH值＞14，得到Ba_0.8Ca_0.2Ti_0.9Zr_0.1O₃粉体前驱物；

3)将步骤2)得到的Ba_0.8Ca_0.2Ti_0.9Zr_0.1O₃粉体前驱物在150～200℃水热环境下反应10～15h，得到Ba_0.8Ca_0.2Ti_0.9Zr_0.1O₃陶瓷粉体，将Ba_0.8Ca_0.2Ti_0.9Zr_0.1O₃陶瓷粉体进行洗涤、烘干并制得坯体；

4)将步骤3)制得的坯体在1280～1320℃进行微波烧结，制得高固溶度弛豫型纳米无铅压电陶瓷。

所述步骤1)中的钡源、钙源、锆源和钛源分别采用BaCl₂·2H₂O或Ba(NO₃)₂、CaCl₂或Ca(NO₃)₂、ZrOCl₂·8H₂O和TiCl₄，且步骤3)中得到的Ba_0.8Ca_0.2Ti_0.9Zr_0.1O₃陶瓷粉体洗涤至用AgNO₃溶液检验没有沉淀为止。