[发明专利]一种复合高温压电陶瓷材料

说明书

本发明公开了一种复合高温压电陶瓷材料。所述陶瓷材料成分以通式Bi₃TaTiO₉‑xBiFeO₃来表示，其中x为BiFeO₃与Bi₃TaTiO₉的重量百分比，且x＝20wt％～50wt％。所述材料的制备过程为：首先分别合成Bi₃TaTiO₉粉体和BiFeO₃粉体，然后将Bi₃TaTiO₉陶瓷粉和BiFeO₃陶瓷粉球磨混合烧结成瓷。本发明的复合高温压电陶瓷材料的压电常数d₃₃达到24pC/N，是单相Bi₃TaTiO₉陶瓷材料的1.8倍，在500℃高温环境下具有较大的电阻率，ρ约为10⁴Ω·m。本发明的复合陶瓷材料适用于制备在高温环境下使用的压电驱动器以及压电传感器。

技术领域

本发明属于无机压电材料技术领域，涉及一种复合高温压电陶瓷材料，具体涉及一种高温环境领域使用的复合无铅压电陶瓷材料。

背景技术

随着航空航天、汽车、冶金与石油化工等工业的迅猛发展，喷气发动机、核能发电的自动监控，以及航天航空、卫星、导弹的自动控制、汽车发动机燃油监控等众多特殊领域，都亟需能在高温下工作而不失效的压电传感器件。

铋层状结构高温压电陶瓷作为研究较多的一种高温压电陶瓷，具有以下特点：较高的居里温度、较低的老化率、优异的绝缘电阻和耐压特性、较高的机械品质因数。其中Bi₃TaTiO₉作为典型的铋层状结构压电陶瓷，其铁电居里温度(Tc)约850℃，500℃下的电阻率ρ约为10⁴Ω·m，但其板状的晶体特征导致了该陶瓷的压电常数d₃₃较低，常温下约为8pC/N，严重限制了其在工业中的应用(Y.H.Suna,et al,Mater.Lett.175,79,(2016))。

BiFeO₃是一种被广泛研究的多铁性材料，其结构为菱面体钙钛矿结构，其Tc大约是810℃，同时常温下它的压电常数d₃₃可以达到40pC/N。但是，在400℃及其以上温度时，BiFeO₃的电阻率却小于10³Ω·m，限制了它在高温压电陶瓷领域的应用(A.Perejón,et al,J.Eur.Ceram.Soc.35,2283(2015))。

发明内容

针对现有的Bi₃TaTiO₉压电陶瓷中存在的压电常数较低的问题，本发明提供了一种复合高温压电陶瓷材料。该复合高温压电陶瓷材料通过将Bi₃TaTiO₉陶瓷粉体和BiFeO₃陶瓷粉体按比例进行混合，在高温下烧结制得。

本发明的技术方案如下：

一种复合高温压电陶瓷材料，所述陶瓷的组分为Bi₃TaTiO₉-xBiFeO₃，其中x为BiFeO₃与Bi₃TaTiO₉的重量百分比，x＝20wt％～50wt％。

优选地，x＝30wt％～40wt％。