[发明专利]铋层状复合结构压电陶瓷材料及其制备方法

权利要求书

1.一种铋层状复合结构压电陶瓷材料，其特征在于，所述压电陶瓷材料的化学通式为：[Ca_1-xMe_xBi₂Nb_2-2yMe’_2yO₉]_1-z-[Bi_3-aMe_a(TiNb)_1-bMe’_2bO₉]_z；

其中，Me和Me’分别为适合不同晶格位置的掺杂元素，Me为Li、Mn、Ce中的一种或多种，Me’为Ta、W中的一种或多种；x、y、z、a、b分别为摩尔分数，0≤x≤0.05，0≤y≤0.05，0≤a≤0.05，0≤b≤0.05，0.2≤z≤0.8。

2.一种如上述权利要求1所述的压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

将碳酸钙、氧化钛、氧化铋、五氧化二铌、碳酸锂、碳酸锰，和掺杂元素Me和/或Me’的氧化物或盐，按照化学计量比Ca_1-xMe_xBi₂Nb_2-2yMe’_2yO₉(简称为CBN)和Bi_3-aMe_a(TiNb)_1-bMe’_2bO₉(简称为BTN)，分别进行称量配料，得到用于制备CBN的第一种原始粉料和用于制备BTN的第二种原始粉料；其中，Me和Me’分别为适合不同晶格位置的掺杂元素，Me为Li、Mn、Ce中的一种或多种，Me’为Ta、W中的一种或多种；x、y、z、a、b分别为摩尔分数，0≤x≤0.05，0≤y≤0.05，0≤a≤0.05，0≤b≤0.05，0.2≤z≤0.8；

将所述第一种原始粉料和所述第二种原始粉料分别以水或乙醇为介质进行球磨，得到第一浆料和第二浆料，并将所述第一浆料和第二浆料分别烘干、研磨并过筛，得到第一原始粉料和第二原始粉料；

将第一原始粉料置于坩埚中煅烧，得到具有铋层状结构的CBN粉体；将第二原始粉料置于坩埚中煅烧，得到具有铋层状结构的BTN粉体；

将所述CBN粉体和所述BTN粉体按所需比例称量配料混合后，加入浓度为1wt％～6wt％的聚乙烯醇PVA溶液，在研钵中研磨均匀后，造粒并过筛得到混合粉料(简称CBTN)；

将所述CBTN压制成陶瓷坯体；

将所述陶瓷坯体置于坩埚中加热进行排胶后，烧结制得压电陶瓷体；

将所述压电陶瓷体打磨、抛光、涂覆金属电极后，在硅油中加热并施加极化电压进行极化，降温后即得到所述压电陶瓷材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为600℃～900℃，时间为1.5～5小时。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述过筛具体为：

使用150～200目的筛子进行过筛。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，用于压制CBTN形成陶瓷坯体的压力为50MPa～150MPa。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为950℃～1150℃，时间为2～6小时。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述极化的温度为150℃～200℃，极化的电场强度为5kV/mm～15kV/mm，极化的时间为10～30分钟。