[发明专利]一种低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法

说明书

本发明公布了一种低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法，在对NBT压电陶瓷进行烧结的同时，向其陶瓷坯体两端施加电场。在电场作用下，陶瓷在低温下可以实现快速致密化；解决了NBT在传统烧结过程中由于高温长时间烧结所导致的Bi元素挥发和高能耗的问题。本发明所制备的NBT压电陶瓷致密度高，具有应用前景。

技术领域

本发明所属领域为电子功能陶瓷制备工艺技术领域，具体涉及一种低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法。

背景技术

钛酸铋钠 (Na_0.5Bi_0.5TiO₃简称NBT)是一类重要的A位复合的无铅钙钛矿压电陶瓷，具有压电性能强、易掺杂，稳定性好等优点。由于其优异的压电、铁电、介电等电学特性，可以广泛的应用于电子、航天等高技术领域，用于制备传感器、换能器、铁电存储器、电介质电容器等电子元器件，是一种发展前景广阔的电子功能陶瓷材料。

通常情况下，NBT压电陶瓷烧结温度在1100℃以上，烧结时间约为2h。在高温及长时间的烧结条件下，Bi₂O₃容易挥发，使得NBT压电陶瓷的化学计量比发生偏差，导致压电性能恶化。为了减少高温下Bi₂O₃的挥发，通常向初始NBT坯体中加入过量的Bi₂O₃。然而这种方法难以精确的控制NBT陶瓷中Bi的含量，从而使得产品中Bi含量不确定，导致性能不稳定。另外，通过在NBT粉体中加入低熔点氧化物，通过液相辅助烧结降低NBT陶瓷的烧结温度。然而，在烧结过程中往往会出现杂相，或者异常晶粒的生长，导致NBT压电陶瓷性能降低。

发明内容

对于现有烧结方式的缺陷，本发明提出了一种低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法，该方法工艺简单，具有应用价值。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

步骤1：将NBT陶瓷生坯加热到临界温度；所述临界温度为在施加相应电场强度下恰好出现快速烧结的温度；

步骤2：对陶瓷胚体施加一个临界电场形成一个极限电流，并且持续时间t (20 s≤t≤40 s)，在时间t内完成陶瓷的烧结；所述临界电场是陶瓷能够发生快速烧结的电场强度；所述极限电流是指陶瓷生坯可以完全致密化的电流；

所述的电场强度为120~160 V/cm。

所述的温度包括从室温开始升温，直到温度达到800 ~ 1000 ℃，保温时间为20 s~ 40 s，升温速率为5 ~ 15℃/min。

所述低温快速烧结NBT压电陶瓷的方法，是将NBT陶瓷生坯置于烧结炉中，通过铂丝将NBT压电陶瓷胚体和高压电源连接形成通路，以施加电场。

所述的极限电流密度为20~50mA/mm²。

本发明提供的制备NBT压电陶瓷的方法，具有以下优点：

通过外加电场的施加，可以在低温条件下快速烧结制备出致密的NBT压电陶瓷；通过控制加电场的时间，可以控制NBT陶瓷的致密度；通过调整极限电流，能够控制所得到不同晶粒尺寸的NBT压电陶瓷，该方法简单，具有广阔应用前景。

附图说明

图1为该发明的装置示意图；

图2为实施例中施加不同电场电流密度随炉温的变化曲线；

图3为实施例中功率耗散随时间变化曲线。

具体实施方式

本发明制备NBT压电陶瓷的方法是将陶瓷坯体置于烧结炉内，通过铂丝将陶瓷坯体和高压电源连接起来并施加电场，然后在特定的烧结温度，电场强度及极限电流密度下进行烧结，从而制备出致密NBT压电陶瓷。