[发明专利]一种具有高换能系数的无铅压电陶瓷材料及其制备方法

权利要求书

1.一种具有高换能系数的无铅压电陶瓷材料，其特征在于，无铅压电陶瓷材料固溶体化学组成为：(0.90-x)BaTiO₃-xCaTiO₃-0.10BaZrO₃，x的数值为0～0.35；

采用的制备方法为：选择CaTiO₃作为相结构调节剂，将其引入至二元体系BaZrO₃-BaTiO₃中，通过传统固相烧结法制备得到，合成(0.90-x)BaTiO₃-xCaTiO₃-0.10BaZrO₃陶瓷粉体，通过传统固相法制备，具体包括以下步骤：

(1)将原料ZrO₂、BaCO₃、CaCO₃、TiO₂烘干，然后按照化学计量比称量，随后，以无水乙醇为介质通过卧式球磨机球磨24小时，然后100℃条件下烘干；干燥的混合物在1200℃条件下保温4小时煅烧，煅烧后的粉体再次球磨24小时并烘干，以获得(0.90-x)BaTiO₃-xCaTiO₃-0.10BaZrO₃亚微米粉体；

(2)添加聚乙烯醇粘合剂用于造粒，直接在100MPa的压力下成型，然后在560℃条件下保温9小时去除粘合剂，最后在1400-1500℃进行无压烧结，保温3小时，即得到致密的目标固溶体。

2.按照权利要求1所述的一种具有高换能系数的无铅压电陶瓷材料，其特征在于，x的数值为0-0.20。

3.按照权利要求1所述的一种具有高换能系数的无铅压电陶瓷材料，其特征在于，x的数值为0.10。

4.按照权利要求1所述的一种具有高换能系数的无铅压电陶瓷材料，其特征在于，x的数值为0和0.05时固溶体具有三方结构；x的数值为0.10时固溶体具有三方-正交共存相结构，x的数值为0.15时固溶体具有三方-正交-四方共存相结构，x的数值为0.20时固溶体具有正交-四方共存相结构，x的数值为0.25-0.35时固溶体具有立方相结构。

5.按照权利要求1所述的一种具有高换能系数的无铅压电陶瓷材料，其特征在于，x＝0.1时的化学式0.80BaTiO₃-0.10CaTiO₃-0.10BaZrO₃，其压电常数d₃₃＝495pC/N，介电常数ε_r＝2101，换能系数d₃₃×g₃₃＝13167×10^-15m²/N。

6.制备权利要求1-5任一项所述的一种具有高换能系数的无铅压电陶瓷材料的方法，其特征在于，选择CaTiO₃作为相结构调节剂，将其引入至二元体系BaZrO₃-BaTiO₃中，通过传统固相烧结法制备得到，合成(0.90-x)BaTiO₃-xCaTiO₃-0.10BaZrO₃陶瓷粉体，通过传统固相法制备，具体包括以下步骤：

(3)将原料ZrO₂、BaCO₃、CaCO₃、TiO₂烘干，然后按照化学计量比称量，随后，以无水乙醇为介质通过卧式球磨机球磨24小时，然后100℃条件下烘干；干燥的混合物在1200℃条件下保温4小时煅烧，煅烧后的粉体再次球磨24小时并烘干，以获得(0.90-x)BaTiO₃-xCaTiO₃-0.10BaZrO₃亚微米粉体；

(4)添加聚乙烯醇粘合剂用于造粒，直接在100MPa的压力下成型，然后在560℃条件下保温9小时去除粘合剂，最后在1400-1500℃进行无压烧结，保温3小时，即得到致密的目标固溶体。

7.权利要求1-5任一项所述的一种具有高换能系数的无铅压电陶瓷材料的应用，用于能量收集器件。