[发明专利]一种无铅PTCR压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无铅电子陶瓷材料领域，具体是一种无铅PTCR压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

PTCR陶瓷材料在居里温度T_c以下时，其电阻率随着温度的升高而减小，在居里温度T_c处时，其发生铁电-顺电相变，并伴随着电阻率急剧增大几个数量级，前者称为负温度系数电阻效应（NTC效应），后者称为正温度系数效应（PTC效应）。一般来说，PTC效应只存在于铁电材料中。G. Goodman于1963年证实了陶瓷PTCR效应是一种晶界效应，其由铁电相变、半导性与晶界三要素组成。

PTCR陶瓷绝大部分是以BaTiO₃铁电材料为基，通过添加某些改性剂来改变材料的居里温度，所引入的改性剂能够进入BaTiO₃晶格的A或B位，形成钙钛矿结构的固溶体。近年来，随着世界各国对电子元件环境性能要求日益提高，绿色、环保、无铅已成为电子产品制造企业的核心问题。在低温段，主要是(Ba,Sr)TiO₃体系，已经实现了无铅化。然而，在高温段，目前可实用化的都是含铅的(Ba, Pb)TiO₃体系。铅基陶瓷材料在生产、使用以及废弃处理过程当中都会给人们和生态环境带来严重的危害，这与人类社会的可持续发展战略相悖，因此，研究和开发高性能无铅PTCR陶瓷材料是一项具有重大社会意义和经济意义的挑战性课题。

目前，国内外提高无铅PTCR陶瓷材料性能的途径有两种：一是掺杂杂质离子改性；二是改进制备工艺。尽管目前无铅PTCR材料的研究已经取得了重大进展，但其综合性能还有待进一步提高。比如，无铅PTCR材料的居里温度还需要进一步提高，并且降低材料的室温电阻率，同时提高电阻突跳比。再者，从工业化效率方面来讲，最好能尽可能缩短其制备周期。高压是研究材料一种独特和强大的手段，其可最大限度地调试、改变原子和电子结构，从而很容易地修改各种材料的属性如：190 GPa的压力条件足以使Na由良好的导体变为绝缘体，诸多在高压和常压条件下所制备材料的性能有这明显的区别。从目前文献报道来看，都没有关于无铅PTCR材料在高压条件下制备的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以大大缩短无铅压电陶瓷的制备周期、且性能稳定的无铅PTCR压电陶瓷材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无铅PTCR压电陶瓷材料，所述无铅压PTCR电陶瓷材料的组成通式为：（Na_0.5Bi_0.5）_x1（Ba_1-x1-x2A₂）Ti_1-yB_yO₃+zmol%M，其中，0.08≤x1≤0.6；0≤x2≤0.2；0≤y≤0.05；0≤z≤3。

作为本发明进一步的方案：所述A位元素为Sr、Ca、Y、La、Bi中的一种或多种。

作为本发明再进一步的方案：所述B位元素为Zr、Sn、Mn、Cu、Nb、Sb中的一种或者多种。

作为本发明再进一步的方案：所述M为氧化物Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、BaO、B₂O₃中的一种或者多种。

所述的无铅PTCR压电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：