[发明专利]一种钛酸钡压电陶瓷

说明书

本发明公开了一种钛酸钡压电陶瓷及其制备方法，本发明的陶瓷是以BaCO₃和TiO₂为主要原料，以钙相、锆相和钴相作为掺杂剂制备而成。其制备方法是先取所述主要原料和掺杂剂，分别烘干；将烘干的主要原料和掺杂剂混合，拌匀，得混合物；将混合物在1160‑1280℃的环境中煅烧，得合成物；将合成物粉碎，得粉末，然后将粉末烘干，得烘干的粉末；在烘干的粉末中加入粘结剂，使其粘合，然后在20Mpa的压力下压成圆片；将圆片在1350‑1500℃下保温四小时，冷却后取出，得烧结物；最后将烧结物进行被电极和极化处理，得钛酸钡压电陶瓷。本发明的压电陶瓷介电损耗低，介电常数高，压电系数高。

技术领域

本发明涉及一种压电陶瓷，特别是一种钛酸钡压电陶瓷。

背景技术

锆钛酸铅(PZT)基压电陶瓷因其具有三方相与四方相共存的准同型相界(morphotropic phase boundary,MPB)而表现出优异的压电性能。然而，PZT压电陶瓷器件在制备、应用以及回收处理的过程中都会产生铅污染，甚至导致人体慢性铅中毒。因此，开发高性能环境友好压电陶瓷材料成为压电器件发展的迫切需要。近年来，钛酸钡(BaTiO₃，BT)基无铅体系受到广泛关注。Liu等对BaTiO₃掺杂Zr⁴⁺、Ca²⁺制备出锆钛酸钡钙Ba_0.85Ca_0.15Zr_0.1Ti_0.9O₃无铅压电陶瓷，其压电常数可与PZT-5A、PZT-5H等典型铅基压电陶瓷相媲美。但随着压电陶瓷元器件日益多元化和复杂化的要求，现有的锆钛酸钡钙Ba_0.85Ca_0.15Zr_0.1Ti_0.9O₃无铅压电陶瓷的各项电学性能已经不能满足要求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种钛酸钡压电陶瓷，以制备低介电损耗，高介电常数及压电系数高的陶瓷材料。

本发明的技术方案：一种钛酸钡压电陶瓷，是以BaCO₃和TiO₂为主要原料，以钙相、锆相和钴相作为掺杂剂制备而成；所述钙相、锆相和钴相分别是CaCO₃、ZrO₂和Co₂O₃；BaCO₃、TiO₂、CaCO₃、ZrO₂的摩尔比为(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.1Ti_0.9)O₃，Co₂O₃的质量百分比含量为0.05-0.15wt％；所述钛酸钡压电陶瓷通过如下方法制备：

(1)配料：取所述主要原料和掺杂剂，分别烘干，备用；

(2)混料：将烘干的主要原料和掺杂剂混合，拌匀，得混合物；

(3)合成：将混合物在1160-1280℃的环境中煅烧3-4h，随炉自然冷却后得合成物；

(4)粉碎：将合成物粉碎，得粉末，然后将粉末烘干，得烘干的粉末；

(5)成型：在烘干的粉末中加入粘结剂，使其粘合，然后压成圆片；

(6)烧结：在1350-1500℃下保温四小时，随炉自然冷却后取出，得烧结物；

(7)被电极及极化处理：将烧结物进行被电极和极化处理，得钛酸钡压电陶瓷；

所述步骤(5)中，粘结剂为石蜡，加入石蜡的量为烘干粉末总重量的5-6％。