[发明专利]一种高压电系数钛酸铋钠基无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高压电系数钛酸铋钠基无铅压电陶瓷及其制备方法；所述高压电系数钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的化学计量比为：0.85Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑0.11Bi_0.5K_0.5‑xRb_xTiO₃‑0.04BaTiO₃(BNT‑BKT‑BT‑Rbx,x＝0,0.05,0.10,0.20)；其制备方法包括：将Bi₂O₃,Na₂CO₃,K₂CO₃,BaCO₃,Rb₂CO₃和TiO₂粉末按照化学计量比混合均匀，经过球磨、烘干，在850℃预烧3h得到预烧粉，再经过二次球磨、烘干、造粒、压制、排胶后，于1160‑1180℃烧结，再经过被银和极化后，制得无铅压电陶瓷。本发明通过将铷元素掺杂在钛酸铋钠基无铅压电陶瓷中，提高了其压电系数d₃₃，BNT‑BKT‑BT‑Rb_0.05陶瓷的压电系数达210pC/N，该无铅压电材料在驱动器、传感器等多种领域可以得到良好应用。

技术领域

本发明涉及一种高压电系数钛酸铋钠基无铅压电陶瓷及其制备方法，属于无铅压电陶瓷材料技术领域。

背景技术

压电陶瓷是一种功能陶瓷，其可以实现将电能和机械能相互转化，在电子、机械和通讯等领域都有着不可替代的应用价值，广泛应用于驱动器、传感器、换能器等多种器件的制作。但目前大规模使用的压电陶瓷仍是以PZT等为主的铅基压电陶瓷，但是铅具有毒性，会危害人体健康并对环境造成污染。各主要工业国及我国政府都颁布了相应的法律法规，限制或在不久的将来全面禁止含铅等有害物质在电子信息产品中的使用。因此亟须寻求一种无铅的、环境友好的并且性能优良的压电材料以取代传统的铅基压电材料。无铅压电铁电材料中，钛酸铋钠(Na_0.5Bi_0.5TiO₃，NBT)因其具有较高的剩余极化强度、居里温度、介电常数以及近年来发现的大场致应变而受到重视，被认为是最有希望取代铅基压电铁电材料的无铅体系。为了进一步提高钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的性能，通常会添加第二组元进行掺杂改性，发展出了相应的二元、三元体系，其具有比纯NBT陶瓷更加优异的烧结特性和压电性能。然而，总体来说钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的压电性能仍需进一步提升，以获得高的压电系数。目前对于钛酸铋钠体系进行Rb等价掺杂的研究还鲜有报道。

发明内容

针对上述问题，本发明的第一个目的是具有良好压电性能的高压电系数钛酸铋钠基无铅压电陶瓷。

本发明的第二个目的是提供上述高压电系数钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的制备方法。

为此，本发明提供的第一个技术方案是这样的：

一种高压电系数钛酸铋钠基无铅压电陶瓷，其组分原料及其摩尔百分比含量为0.85Bi_0.5Na_0.5TiO₃-0.11Bi_0.5K_0.5-xRb_xTiO₃-0.04BaTiO₃；

其中：所述x＝0或者0.05或者0.10或者0.20。

本发明提供的第二个技术方案是这样的：

一种高压电系数钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的制备方法，依次包括下述步骤：

步骤一：配料合成