[发明专利]一种(Bi1/2

说明书

一种(Bi_1/2K_1/2)TiO₃基二元无铅压电陶瓷及其制备，属于压电陶瓷领域。所用的原料为Bi₂O₃,K₂CO₃,TiO₂,Sb₂O₃和MnCO₃，实现了无铅陶瓷的制备。该体系在800‑900℃进行煅烧，1040‑1070℃进行烧结Bi(Mg_2/3Sb_1/3)O₃的加入，成功了提高了KBT的压电性能，在准同型相界(MPB)x＝1.5％附近，退极化温度T_d＝200℃，d₃₃＝104pC/N。在传感器，致动器,滤波器等方面具有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明属于压电陶瓷领域，涉及一种具有高居里温度和压电性能的新型 (Bi_1/2K_1/2)TiO₃基二元无铅压电陶瓷及制备方法。

技术背景

压电陶瓷是一种能够实现机械能和电能相互转换的功能陶瓷材料。与压电单晶材料相比，具有机电耦合系数高，压电性能可调节性好，化学性质稳定，易于制备且能制得各种形状、尺寸和任意极化方向的产品，价格低廉等优点，被广泛应用于通信、传感以及航空航天等高新技术领域。

然而，目前所使用的压电陶瓷体系主要是铅基压电陶瓷，其PbO(或Pb₃O₄) 的含量约占原料总质量的70％左右。PbO、Pb₃O₄等含铅化合物在高温时的挥发性，使其在陶瓷生产、使用及废弃过程中都会对人类健康和生态环境造成很大的危害。对含铅陶瓷器件回收实施无公害处理，所需成本会很高。因此，研制和开发对环境友好的无铅压电陶瓷成为一项紧迫且具有重大实用意义的课题。

KBT，即(K_1/2Bi_1/2)TiO₃，室温下为四方相，是一种A位离子复合ABO₃型钙钛矿结构的铁电材料，是目前无铅压电材料体系中的研究热点之一。KBT全配位时配位数A:B:O＝12:6:6，A位由K⁺、Bi³⁺以1:1的比例共同占据，Ti⁴⁺位于氧八面体中心的B位。在KBT中起极化作用的可动离子有两个，一个是B位的Ti⁴⁺，一个是A位的Bi³⁺。Ti⁴⁺的外层3d轨道和相邻的O^2-离子2p轨道发生杂化，形成Ti-O 正八面体。正八面体通过John-Teller效应发生畸变，导致自发双极子电矩的产生，是使KBT具有铁电性的主要因素。此外，Bi³⁺具有与Pb²⁺相同的外层电子结构，其外层的6s轨道中的孤立电子对，易与十四面体的氧离子形成非对称共价键，起到稳定铁电性、增大电子位移极化率的作用，是KBT具有具有铁电性的另一个因素。而Bi_1/2Na_1/2TiO₃，结构与KBT相似，也是一种A位离子复合ABO₃型钙钛矿结构铁电材料。它具有大的剩余极化强度(P_r＝37μC/cm²)和高的矫顽场(E_c＝7.3 kV/mm)。但单纯NBT陶瓷的极化十分困难，且存在退极化温度，这就限制了它的应用。与NBT相比，KBT有更高的居里温度(T_C＝380℃)和较低的矫顽场 (E_c＝1.5kV/mm)，因此，KBT压电陶瓷具有更宽的温度使用区间和较低的极化难度，具有更广阔的应用前景。