[发明专利]高温下低介电损耗的钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的制备方法

说明书

本发明公开了一种高温下低介电损耗的钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的制备方法：以K₂CO₃、Na₂CO₃、Nb₂O₅、Bi₂O₃、Sb₂O₃、TiO₂作为初始原料，按照(1‑x)Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑x(K_0.5Na_0.5)(Nb_0.96Sb_0.04)O₃计量比称取初始原料，并进行混料，x为0.01～0.05；混合粉料预烧研磨，然后加入粘合剂，进行造粒和压片，所得的陶瓷圆片坯体先烧结，然后用银作为电极披覆在所得的烧结后陶瓷片的上下两面，高压下极化，得到高温下低介电损耗的钛酸铋钠基无铅压电陶瓷。可广泛应用于高温高频范围、要求性能稳定且压电响应灵敏的压电式传感器、滤波器等。

技术领域

本发明属电子功能材料领域，具体涉及一种具有高温度稳定性及低介电损耗的钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的制备方法及其应用。

背景技术

压电陶瓷可以实现电能和机械能之间的转化，且造价成本低廉，是目前应用最为广泛的功能陶瓷材料。传统的压电陶瓷主要以含铅的锆钛酸铅陶瓷为主，铅元素在制备、使用和回收过程中，会对人类健康和环境带来不可忽视的伤害。出于人类可持续发展的考虑，无铅压电陶瓷成为了近年来的研究热点。其中，钛酸铋钠(Bi_0.5Na_0.5TiO₃，BNT)因具有良好的综合性能，受到了人们的广泛关注。BNT是一种具有A位复合钙钛矿结构的弛豫铁电材料，于 1960年由苏联科学家Smolenskii等首次合成获得，BNT具有铁电性强(P_r＝38C/cm²)、机械强度高、声学性能(N_p＝3200Hz·m)佳、机电耦合系数各异向性好、居里温度高(T_c＝320℃)、烧结温度低、相对介电常数较小等优点，特别适用于高频使用，尤其是超声滤波领域。

但纯的BNT陶瓷存在室温条件下矫顽场过大(E_c＝73kV/cm)，铁电相区的电导率高，导致陶瓷样品难以极化；Bi、Na元素在高温烧结过程中易挥发，使得样品难以致密化，漏电流大；陶瓷的退极化温度较低；结构中存在的Na-O键容易吸水，物理和化学稳定性较差等弊端。研究者们对BNT基材料的结构和性能进行了大量深入研究，其中掺杂是最为经济有效的改性方式。

通过掺杂改性，BNT陶瓷的矫顽场显著降低，使其极化相对容易，同时压电性能也有了一定的提高。但掺杂会导致BNT基陶瓷的居里温度降低，电阻率增大，从而使介电损耗增加，同时陶瓷的机电耦合系数减小。特别是当掺杂以多组元的方式引入BNT基体，由于形成了多相共存的多晶相界，通常导致弛豫铁电相转变变得非常复杂，BNT基陶瓷的温度稳定性也因此大幅下降。

201610169203.2的发明专利《铌锑酸钾钠系无铅压电陶瓷及其制备方法》告知了以下两种配料方式：