[发明专利]一种钛酸铋钠基无铅电致伸缩陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电致伸缩陶瓷技术领域，特别是涉及一种钛酸铋钠基无铅电致伸缩陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

电致伸缩是一种基本的机电耦合效应，它存在于一切固态物质之中。早期由于电致伸缩效应一般较小，不易被观察到，即使电场强度达到击穿场强，介质的场致应变也只是10^-8数量级，较之于压电效应和磁致伸缩效应(10^-6)小得多，所以在简单的固态物质中研究得很少。

与压电效应相比，电致伸缩材料具有不需要极化、重复性好、无老化等优点，所以在微位移器件、换能器等领域有重要的应用前景。目前发现在一些高介电常数的弛豫铁电体中，电致伸缩效应显著并可以应用于应用中，并且当温度处于其铁电-顺电相转变区域附近时，电致伸缩效应具有最大值。目前应用的最多的是含铅弛豫铁电体，典型的如铌锌酸铅-钛酸铅(PZN-PT)，铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)为代表的一类复合钙钛矿结构的固溶体晶体，它们会因高的烧结温度导致铅挥发。因此，开发无铅电致伸缩材料是材料学领域最重要的研究课题。

常见的无铅弛豫铁电晶体有铌酸钾钠基(KNN)、钛酸铋钠(BNT)基弛豫铁电材料。其中KNN基无铅压电陶瓷，由于其居里温度高(T_c＝420℃)、介电常数低、压电常数和机电耦合系数高等特性，被认为是一种很有前途取代PZT的压电材料，但是由于其差的烧结特性，和在潮湿的环境中容易发生潮解，限制了该类材料的应用[1]。

CN201210251531专利提出了一种无铅电致伸缩陶瓷材料及其制备方法，它是将铌酸钾钠基(KNN)和钛酸铋钠(BNT)组合起来，其在70kV/cm电场下电致伸缩应变水平为～0.137％。

CN201210336994专利提出了无铅的铁电/电致伸缩陶瓷材料，它是将钛酸铋钠(BNT)和钛酸铋锶组合起来，其在80kV/cm电场下电致伸缩应变水平为～0.1％。

穆文芳等[2]报道了(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-BaTiO₃-SrTiO₃(BNT-BT-ST)陶瓷在准同型相界附近具有较高的弥散程度。Zhao[3]报道了BNT-ST系统中发现在ST摩尔含量为0.26处存在准同型相界，在ST摩尔含量从0至0.3范围内均有一定的弛豫性。

参考文献：

[1]L.Egerton，D.M.Dillon，Piezoelectricanddielectricpropertiesofceramicsinthesystempotassium-sodiumniobateJ.Am.Ceram.Soc.1959,42:438-442.

[2]穆文芳，杜慧玲，史翔，杜少明，BNT-BT-ST系无铅压电陶瓷材料的介电与铁电特性[J].硅酸盐学报.2011，39：12

[3]ZhaoXL,YangWZ,LiuXQ,ChenXM.Dielectricandferroelectriccharacteristicsof[(Bi_0.5Na_0.5)_0.94Ba_0.06]_1-xSr_xTiO₃ceramics.JournalofMaterialsScience:MaterialsinElectronics.2014；25:1517-26.

相关专利：

[1]CN200910021571一种大应变电致伸缩陶瓷材料及其制备方法；

[2]CN201210240525一种具有高电致伸缩系数的钛酸铋钠基无铅陶瓷及其制备方法；

[3]CN201210251531一种无铅电致伸缩陶瓷材料及其制备方法；

[4]CN201210336994无铅的铁电/电致伸缩陶瓷材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型、无铅、应变量大的电致伸缩材料，解决现有铅基电致伸缩材料生产过程中存在的公害问题，并开发其在换能器和微位移器件方面的应用。