[发明专利]一种高温无铅压电陶瓷复合物及其应用

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷材料领域，具体涉及一种高温无铅压电陶瓷复合物及其制备方法和应用。

背景技术

高温压电陶瓷材料被广泛应用于航空、航天、核能、发电等众多重要的科研和工业部门，如油井下使用的声波测井换能器工作温度达到200-300℃；在汽车中工作的动态燃料注射喷嘴工作温度高达300℃；用于航空器引擎的振动控制(>500℃)；焊接管道的无损探伤(>370℃)；高温涡街流量计(>170℃)等领域(文海，王晓慧，赵巍，王浩，李龙土，桂治轮，高温压电陶瓷研究进展，硅酸盐学报，2006,34(11):1367-1373；侯育冬，崔磊，王赛，王超，朱满康，严辉，BiAlO₃基高温无铅压电陶瓷的研究进展，无机材料学报，2010，25[3]:225-229；Xiaoli Tan,Wei Hu，High curie temperature ternary piezoelectric ceramics，2012.6.14，United States Patent，US2012/0145943A1；刘军凯，高居里温度压电材料研究进展，压电与声光，2012，34[1]:100-105)。但是发展至今，能够长期使用在350℃以上高温的压电陶瓷仍然较少，并且性能随温度升高恶化而导致失效，因此探索新型高温压电材料在工业上有着重要的应用价值。

文献报道了许多居里温度超过500℃的铋层状结构的压电陶瓷(P.Ferrer,M.Alguer′o,J.E.Iglesias,A.Castro,Processing and dielectric properties of Bi₄Sr_n-3Ti_nO_3n+3(n＝3,4and 5)ceramics obtained from mechanochemically activated precursors[J].Journal of the European Ceramic Society,2007,27:3641–3645.)，是一类最好的高温压电材料。但是这类压电陶瓷在较高温度下，其压电活性退化较大，难以在300℃以上应用。

Sr₂Bi₄Ti₅O₁₈(SBT)和Ca₂Bi₄Ti₅O₁₈(CBT)是典型的铋层状结构无铅压电陶瓷材料。SBT具有较好的压电活性，压电常数d₃₃达到26pC/N，但是其居里温度相对较低，仅为267℃。CBT具有的居里温度达到775℃，但是其压电活性较低，压电常数d₃₃只有8.83pC/N，而且该材料的矫顽场较高，难以极化(C.Moure,V.Gil,J.Tartaj,P.Dur′an,Crystalline structure,dielectric and piezoelectric properties of bismuth-layer Ca_xBi₄Ti_3+xO_12+3x(x＝1,2)compounds[J].Journal of the European Ceramic Society,2005,25:2447–2451)。Horiuchi等研究了Sr₂Bi₄Ti₅O₁₈-Ca₂Bi₄Ti₅O₁₈体系，但通过掺杂改性后，常规制备方法的陶瓷，其压电常数d₃₃最大仅为26pC/N，难以在高温下应用(S.Horiuchi,H.Nagata,T.Takenaka,Ferroelectrics,2005,324:3–9)。国内外都投入了大量的人力与物力开展高温压电陶瓷的研究与开发，并取得了进步。但能够实际应用的仍然很少，因此发展新的高温无铅压电陶瓷势在必行。

发明内容

本发明的目的之一是为解决现有压电陶瓷难以在高温下长时间使用的问题，提供一种高温无铅压电陶瓷复合物及其制备方法和应用。