[发明专利]一种(BaxCa1‑x)(TiyM1‑y)O3体系压电陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

提供一种(Ba_xCa_1-x)(Ti_yM_1-y)O₃体系压电陶瓷材料的制备方法，属于压电陶瓷材料领域。

背景技术

压电陶瓷，作为现代及其重要的高技术功能材料，其应用已遍及军事、民用等各个领域，特别是超声换能，传感器，无损检测和通讯技术等领域。近年来，伴随着人类对环保意识的增强及对自身健康的持续关注，作为主导地位的锆钛酸铅压电陶瓷已在欧洲禁用。相信在不久的将来，含铅压电陶瓷会在全球范围内禁用。所以，迫切需要寻找无铅压电材料代替传统的铅基压电陶瓷材料。

目前，研究较多的无铅压电陶瓷主要有钙钛矿结构、铋层状结构和钨青铜结构。一般来说，铋层状结构无铅压电陶瓷居里温度较高，各向异性大而压电活性较低。钨青铜结构体系压电陶瓷具有自发极化强度大、居里温度高、介电常数低等特点，其成分与结构对其铁电性能有重要影响。

钙钛矿体系压电陶瓷具有较高的压电常数，铌酸钾钠体系特别是文献“Lead-Free Piezoceramics,Y.Saito,et al.nature,432(2004)”中采用传统固相烧结的方法制备了具有相对较高压电性能的铌酸钾钠锂钽锑无铅压电陶瓷，该方法制备的压电陶瓷烧结温度低于1100℃，但含有大量的锂、钾和钠等挥发性元素，烧结过程较难致密且烧结性能不稳定。锆钛酸钡钙和锡钛酸钡钙是近年来发现的具有很高的压电性能的压电陶瓷材料，但是已有的研究中陶瓷材料的制备方法为单一的固相法或溶胶凝胶法。

固相法是制备电子功能陶瓷的传统方法。它的基本工艺是将原料按所需的化学计量比配好，然后经球磨混合分散、预烧，得到陶瓷粉体。此法的优点是技术成熟，工艺简单，成本低廉，因此当前工业生产仍采用此法。但此法也存在许多不可避免的缺点：(1)原料中各组分难以混合到理想的均匀状态；(2)煅烧温度高；(3)高温下部分原料易挥发，因而难以得到严格符合化学计量比的烧结体；(4)整个工艺过程中易混杂，得不到纯度高的粉体，将最终影响材料的性能。

液相法的基本原理是选择一种或多种可溶性金属盐，按目标材料的化学成分配成溶液，使各元素呈离子或分子状态，再选择一种合适的沉淀剂或选用蒸发、升华、水解等手段，将金属离子均匀沉淀或结晶出来，所得沉淀或结晶物经脱水或加热分解即可制得超微粉末。各组分在分子水平上混合，物质分散均匀，制备温度比传统的方法有很大的降低，易于掺杂。但是，由于不同金属盐在溶液中的溶解性不同，会在一定程度上影响陶瓷材料的化学和结构的均一性，并且很难完全避免副反应的发生。

所以，本发明采用液相混合与固相烧结相结合的方法制备陶瓷样品，通过该方法能够使原料的混合更加均匀，制得的陶瓷样品晶粒大小更加均匀，晶界清晰、结构均匀致密。压电性能及电致应变优于传统固相法制备的样品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种(Ba_xCa_1-x)(Ti_yM_1-y)O₃体系压电陶瓷材料的制备方法，该方法采用液相混合与固相烧结相结合的方法制备陶瓷样品，通过该方法能够使原料的混合更加均匀，制得的陶瓷样品晶粒大小更加均匀，晶界清晰、结构均匀致密。压电性能及电致应变优于传统固相法制备的样品。

本发明提供了一种(Ba_xCa_1-x)(Ti_yM_1-y)O₃体系压电陶瓷材料，其组成由以下通式表示：(Ba_xCa_1-x)(Ti_yZr_1-y)O₃，通式中M为Zr和Sn元素中的一种，x的取值为0≤x≤1，y的取值为0≤y≤1。

本发明提供了上述(Ba_xCa_1-x)(Ti_yM_1-y)O₃体系压电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：