[发明专利]一种钪钽共掺杂型铌酸铋铷压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钪钽共掺杂型铌酸铋铷压电陶瓷材料及其制备方法。该钪钽共掺杂型铌酸铋铷压电陶瓷材料具有如下的化学通式：Bi_2.5Rb_3.5Nb_5‑x(ScTa)_5x/8O₁₈，其中x的数值选自0～0.1之间的任意数值。该钪钽共掺杂型铌酸铋铷压电陶瓷材料的制备方法包括原料称取、球磨、压制、预烧、二次球磨、造粒、排胶、烧制等工艺步骤。本发明的钪钽共掺杂型铌酸铋铷压电陶瓷材料，经检测，压电常数为42.4～48.1 pC/N，居里温度为656～683℃，机械品质因数、径向机电耦合系数及介电损耗均得到了显著的改善，在高温领域具有良好的应用前景。利用这种材料制成的陶瓷元件，可组装成各种高温传感器，在高温测量、探测及自动控制方面具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于压电陶瓷材料领域，具体涉及一种钪钽共掺杂型铌酸铋铷压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷是一类具有压电特性的电子陶瓷材料，其与典型的不包含铁电成分的压电石英晶体的主要区别是：构成其主要成分的晶相都是具有铁电性的晶粒。由于陶瓷是晶粒随机取向的多晶聚集体，因此其中各个铁电晶粒的自发极化矢量也是混乱取向的。为了使陶瓷能表现出宏观的压电特性，就必须在压电陶瓷烧成并于端面被复电极之后，将其置于强直流电场下进行极化处理，以使原来混乱取向的各自发极化矢量沿电场方向择优取向。经过极化处理后的压电陶瓷，在电场取消之后，会保留一定的宏观剩余极化强度，从而使陶瓷具有了一定的压电性质。压电陶瓷作为一类重要的功能材料，在无损检测、超声换能、传感器等领域有着广泛的应用，也是一类国际竞争激烈的高技术新材料。

按照主要组成的晶体结构不同，压电陶瓷材料可以分为钙钛矿型（如BaTiO₃，NaNbO₃-KNbO₃，Bi_0.5Na_0.5TiO₃等）、铋层状型（如Bi₄Ti₃O₁₂，Bi₂WO₆，CaBi₄Ti₄O₁₅等）、钨青铜型（如Sr_xBa_1–xNb₂O₆Ba₂，NaNb₅O₁₅等）和焦绿石型（如Cd₂Nb₂O₂，Cd₂Ta₂O₇等）。其中，铋层状型的压电陶瓷材料由于其具有较高的居里温度，如钛酸铋钠的居里温度超过650℃，因此铋层状型的压电陶瓷材料得到了越来越多的应用。但是，铋层状型的压电陶瓷材料的压电常数通常较低，如钛酸铋钠的压电常数仅为16 pC/N，在较高温度下使用时，其压电性能无法达到应用要求。因此，如何在保持铋层状型的压电陶瓷材料的较高居里温度的同时提高铋层状型的压电陶瓷材料的压电常数，使其能够满足高温环境下的应用需要，成为了近期压电陶瓷材料领域研究的热点。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种钪钽共掺杂型铌酸铋铷压电陶瓷材料及其制备方法，通过进行钪钽共掺杂，在微观层面促进压电陶瓷材料晶粒的生长，促使晶格发生变形，从而能够有效提高压电陶瓷材料的压电常数，同时材料的机械品质因数、径向机电耦合系数及介电损耗均得到了显著的改善。

技术方案：为了实现上述目的，本发明提供一种钪钽共掺杂型铌酸铋铷压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料具有如下的化学通式：Bi_2.5Rb_3.5Nb_5-x(ScTa)_5x/8O₁₈，其中x的数值选自0～0.1之间的任意数值。