[发明专利]一种降低铁酸铋-钛酸钡压电陶瓷漏电流以及提高其高温电阻率的方法

说明书

本发明涉及一种降低铁酸铋‑钛酸钡压电陶瓷漏电流以及提高其高温电阻率的方法，包括：（1）以Fe₂O₃粉体、Bi₂O₃粉体、BaCO₃粉体、TiO₂粉体为原料，按照铁酸铋‑钛酸钡压电陶瓷的化学计量比(1‑x)BiFeO₃‑xBaTiO₃称取并混合，再经合成、造粒和成型，得到陶瓷素坯；（2）将所得陶瓷素坯经排塑后，先升温至T₁再降温至T₂并保温5～20小时，从而降低铁酸铋‑钛酸钡压电陶瓷漏电流以及提高电阻率；其中，T₁=950～1100℃，T₂=750～950℃，且T₁＞T₂。

技术领域

本发明涉及一种降低铁酸铋-钛酸钡基压电陶瓷漏电流以及提高其高温电阻率的方法，属于压电陶瓷材料的制备领域。

背景技术

压电陶瓷是实现机电转换和耦合的一类重要功能材料，随着我国航空航天、能源、核能和电子信息等高新技术的迅速发展，相关领域对能够在高温下稳定工作的压电陶瓷需求越来越迫切。目前高温压电陶瓷包括钨青铜结构、钙钛矿结构、铋层状结构、类钙钛矿等四大类。相比于其他三种结构，钙钛矿型压电材料虽具有高的压电特性，但其居里温度一般较低。在众多的钙钛矿型压电材料中，铁酸铋(BiFeO₃)拥有较高居里温度(Tc～825℃)，加入BaTiO₃之后形成的BiFeO₃-BaTiO₃(BFO-BT)固溶体压电系数可以高达100pC/N以上，居里温度450℃以上，同时具有高居里温度、较高压电系数和无铅化特点，是极具应用前景的新一代无铅高温压电陶瓷材料，近年来引起了国内外研究人员的密切关注。

但是在高温烧结过程中，由于Bi离子的挥发，在材料当中产生大量氧空位，并伴随Fe离子的变价(由三价转变为二价)，这导致铁酸铋-钛酸钡基压电陶瓷材料具有很高的电导，这严重限制了其在高温器件方面的应用和发展。针对高温压电传感器应用领域，目前主要应用的压电材料是铋层状结构类压电陶瓷材料，但是其压电系数较低。如果保持铁酸铋-钛酸钡材料较高的压电系数，又能提高其高温电阻率，就完全可以作为新型高温传感器应用，具有巨大的市场价值。因此，当作为高温传感器应用时，如何降低BFO-BT材料因Bi离子挥发及Fe离子变价引起的漏导是研究人员需要解决的关键难题。目前关于铁酸铋-钛酸钡体系的研究大多集中在通过组成设计、构筑准同型相界、调控畴结构等手段来提高材料的电学性能。有针对性地提高其高温电阻率的研究较少，而且大多采用离子掺杂的手段。一方面试图通过离子掺杂提高电阻率的效果并不显著，并不能解决该材料自身高温电阻率低的问题；另一方面掺杂离子含量少，原料配比复杂，不适合生产化进程，并且压电陶瓷材料的性能往往是相互制约、相互影响的，离子掺杂取代的同时也会降低材料的居里温度。因此，如何在保持其高居里温度的同时，通过简单、易操作的方法获得兼具高压电性能及高电阻率的压电陶瓷材料是高温压电陶瓷领域的研究重点和关键难题。

发明内容

针对铁酸铋-钛酸钡压电陶瓷材料难以烧结致密、漏电流大、高温电阻率低的问题，提供了一种特定的烧结工艺，在保持铁酸铋-钛酸钡压电陶瓷高居里温度的情况下，同时提高致密度和高温电阻率，降低漏电流，以满足高温压电振动传感器用压电陶瓷材料的要求，推动其在高温领域的应用。

具体地，本发明中提供而一种降低铁酸铋-钛酸钡压电陶瓷漏电流以及提高其高温电阻率的方法，包括：

(1)以Fe₂O₃粉体、Bi₂O₃粉体、BaCO₃粉体、TiO₂粉体为原料，按照铁酸铋-钛酸钡压电陶瓷的化学计量比(1-x)BiFeO₃-xBaTiO₃称取并混合，再经合成、造粒和成型，得到陶瓷素坯；