本發(fā)明涉及壓電陶瓷材料領(lǐng)域，具體為一種bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鈦酸鉍鈉（ba0.5na0.5tio3，bnt）是一種a位復(fù)合取代的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電體，其a位離子由na+和bi3+以1：1的比例共同占據(jù)，而b位離子由ti4+單獨(dú)占據(jù)。壓電性能相對(duì)較好，壓電常數(shù)約為73pc/n，并且擁有較高的居里溫度為320℃，被認(rèn)為是最有可能替代鉛基壓電陶瓷地位的無(wú)鉛壓電陶瓷體系，如何進(jìn)一步提高其壓電性能，拓寬其應(yīng)用場(chǎng)景，成為目前的研究熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法。

2、所采用的技術(shù)方案如下：

3、一種bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷，其化學(xué)結(jié)構(gòu)通式如下所示：

4、(1-y-z)bi1/2na1/2ti1-x(m1/3v2/3)xo3-yndalo3-zlitao3

5、其中，m為zn、mg、cu中的任意一種，0＜x≤0.015，0.01≤y≤0.05，0.01≤z≤0.05。

6、進(jìn)一步地，0.006≤x≤0.012，0.02≤y≤0.04，0.02≤z≤0.04。

7、更進(jìn)一步地，x可以為0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.011、0.012，以上僅僅是作為列舉方便理解，并不作為限制；

8、更進(jìn)一步地，y可以為0.02、0.021、0.022、0.023、0.024、0.025、0.026、0.027、0.028、0.029、0.03、0.031、0.032、0.033、0.034、0.035、0.036、0.037、0.038、0.039、0.04，以上僅僅是作為列舉方便理解，并不作為限制；

9、更進(jìn)一步地，z可以為0.02、0.021、0.022、0.023、0.024、0.025、0.026、0.027、0.028、0.029、0.03、0.031、0.032、0.033、0.034、0.035、0.036、0.037、0.038、0.039、0.04，以上僅僅是作為列舉方便理解，并不作為限制；

10、進(jìn)一步地，x=0.01。

11、進(jìn)一步地，y=0.03。

12、進(jìn)一步地，z=0.02。

13、本發(fā)明還提供了一種bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷的制備方法：

14、將bi2o3、na2co3、tio2、m氧化物、v2o5混合球磨后干燥，在850-950℃下預(yù)燒1-5h得到第一混合粉料，再將第一混合粉料與nd2o3、al2o3、li2co3、ta2o3混合球磨后干燥得到第二混合粉料，將第二混合粉料造粒后過(guò)篩并壓制成型得到坯體，將坯體先一段升溫至550-650℃保溫排膠1-3h，再二段升溫至1200-1300℃燒結(jié)1-3h即可。

15、更進(jìn)一步地，上述bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷的制備方法如下：

16、將bi2o3、na2co3、tio2、m氧化物、v2o5倒入球磨罐中進(jìn)行球磨混合，其中球磨機(jī)是行星式球磨儀，球磨罐采用的尼龍罐，球磨球?yàn)檠趸喦?，球磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇，球磨轉(zhuǎn)速為300?r/min，采用正反交替運(yùn)行式球磨，間隔時(shí)間為1h，總球磨時(shí)間為10h，將球磨得到的混合物料干燥后，在850-950℃下預(yù)燒1-5h得到第一混合粉料，再將第一混合粉料與nd2o3、al2o3、li2co3、ta2o3倒入球磨罐中進(jìn)行球磨混合，其中球磨機(jī)是行星式球磨儀，球磨罐采用的尼龍罐，球磨球?yàn)檠趸喦?，球磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇，球磨轉(zhuǎn)速為300?r/min，采用正反交替運(yùn)行式球磨，間隔時(shí)間為1h，總球磨時(shí)間為10h，將球磨得到的混合物料干燥后得到第二混合粉料，向第二混合粉料中加入粘結(jié)劑造粒，所得粒料過(guò)80目篩網(wǎng)后倒入模具中壓制成坯體，將坯體先一段550-650℃保溫排膠1-3h，再二段升溫至1200-1300℃燒結(jié)1-3h即可。

17、進(jìn)一步地，造粒時(shí)以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3-8%的pva溶液作為粘結(jié)劑。

18、進(jìn)一步地，壓制成型時(shí)的壓力為100-200mpa。

19、進(jìn)一步地，一段升溫時(shí)的升溫速度為1-3℃/min，二段升溫時(shí)的升溫速度為5-15℃/min。

20、本發(fā)明的有益效果：

21、本發(fā)明提供了一種bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷，二價(jià)金屬元素zn、mg、cu和v的離子半徑與ti4+（0.0605nm）較為接近，因此，本發(fā)明綜合兩種離子的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)(m1/3v2/3)4+復(fù)合離子對(duì)bnt陶瓷進(jìn)行摻雜改性，并取得了較好的技術(shù)效果，所制備的bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷具有優(yōu)異的壓電性能；

22、另外本發(fā)明為了改善bnt基陶瓷材料的壓電性能，使其具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義，通過(guò)在bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷中引入具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的ndalo3和litao3，與之形成具有準(zhǔn)同型相界的多元固溶體，在準(zhǔn)同型相界組分附近，bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷在外部電場(chǎng)或應(yīng)力的作用下，自發(fā)極化變得更加容易變向，壓電性能會(huì)得到極大的提高；

23、經(jīng)過(guò)測(cè)試可知，本發(fā)明所制備的bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷具有優(yōu)異的壓電性能，在壓力傳感器、加速度傳感器、聲波傳感器等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷，其特征在于，其化學(xué)結(jié)構(gòu)通式如下所示：

2.如權(quán)利要求1所述的bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷，其特征在于，0.006≤x≤0.012，0.02≤y≤0.04，0.02≤z≤0.04。

3.如權(quán)利要求1所述的bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷，其特征在于，x=0.01。

4.如權(quán)利要求1所述的bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷，其特征在于，y=0.03。

5.如權(quán)利要求1所述的bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷，其特征在于，z=0.02。

6.一種如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，將bi2o3、na2co3、tio2、m氧化物、v2o5混合球磨后干燥，在850-950℃下預(yù)燒1-5h得到第一混合粉料，再將第一混合粉料與nd2o3、al2o3、li2co3、ta2o3混合球磨后干燥得到第二混合粉料，將第二混合粉料造粒后過(guò)篩并壓制成型得到坯體，將坯體先一段升溫至550-650℃保溫排膠1-3h，再二段升溫至1200-1300℃燒結(jié)1-3h即可。

7.如權(quán)利要求6所述的bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，造粒時(shí)以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3-8%的pva溶液作為粘結(jié)劑。

8.如權(quán)利要求6所述的bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，壓制成型時(shí)的壓力為100-200mpa。

9.如權(quán)利要求6所述的bnt基無(wú)鉛壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，一段升溫時(shí)的升溫速度為1-3℃/min，二段升溫時(shí)的升溫速度為5-15℃/min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及壓電陶瓷材料領(lǐng)域，具體為一種BNT基無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備方法，其化學(xué)結(jié)構(gòu)通式如下所示：(1?y?z)Bi<subgt;1/2</subgt;Na<subgt;1/2</subgt;Ti<subgt;1?x</subgt;(M<subgt;1/3</subgt;V<subgt;2/3</subgt;)<subgt;x</subgt;O<subgt;3</subgt;?yNdAlO<subgt;3</subgt;?zLiTaO<subgt;3</subgt;其中，M為二價(jià)金屬元素，0＜x≤0.015，0.01≤y≤0.05，0.01≤z≤0.05，經(jīng)過(guò)測(cè)試可知，本發(fā)明所制備的BNT基無(wú)鉛壓電陶瓷具有優(yōu)異的壓電性能，在壓力傳感器、加速度傳感器、聲波傳感器等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：方豪杰,賀亦文,張曉云,張國(guó)秀,方美玲,劉建平,曾雄
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南省美程陶瓷科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9