无铅压电陶瓷及其制备方法

摘要

本发明涉及无铅压电陶瓷及其制备方法，可有效解决生产工艺复杂，烧结困难，压电陶瓷性能差，达不到实际应用中的要求问题，方法是，将BaCO₃、ZrO₂、TiO₂粉末装入球磨罐加乙醇研磨，烘干，压片，预烧，合成BaZr_0.055Ti_0.945O₃；将Bi₂O₃、Na₂CO₃、TiO₂、MnO₂和BaZr_0.055Ti_0.945O₃加乙醇球磨，烘干，加入粘合剂，压坯，排塑，用粉料掩埋烧结，涂银浆，煅烧，在表面形成银电极；然后放在硅油中，电场极化，即成无铅压电陶瓷材料；本发明首次设计并合成Mn共掺的Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑BaZr_0.055Ti_0.945O₃无铅压电陶瓷，有效降低压电陶瓷的矫顽场和漏电流，提高可极化度，性能好，方法简单，易生产制备。

主权项

一种无铅压电陶瓷及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）以BaCO₃、ZrO₂、TiO₂粉末为原料，根据化学式BaZr_0.055Ti_0.945O₃， BaCO₃：ZrO₂：TiO₂摩尔比为1：0.055：0.945；（2）将步骤（1）称好的粉末装入球磨罐中，以无水乙醇为介质，采用行星式球磨机球磨1‑72h，使粉体混合均匀、颗粒大小一致；（3）将步骤（2）球磨好的浆料烘干，压成Ф60的圆片，放入刚玉坩埚，然后放入马弗炉中预烧，预烧温度1100‑1250℃，预烧时间2‑5h，使原料充分反应合成BaZr_0.055Ti_0.945O₃；；（4）以Bi₂O₃、Na₂CO₃、TiO₂、MnO₂和步骤（3）与预烧好的BaZr_0.055Ti_0.945O₃粉末为原料，根据化学式0.93BNT‑0.07BZT+x%MnO₂，按照Bi₂O₃：Na₂CO₃：TiO₂：BaZr_0.055Ti_0.945O₃的摩尔比为0.465：0.465：0.93：0.07的化学计量比称取原料，再按照MnO₂占0.93BNT‑0.07BZT质量比为x%的比例称取MnO₂，其中0.001≤x≤0. 375；（5）将步骤（4）称好的粉末装入球磨罐中，以无水乙醇为介质，采用行星式球磨机球磨1‑72h；（6）将步骤（5）球磨好的浆料烘干，压成Ф60的圆片，放入刚玉坩埚，然后放入马弗炉中预烧，预烧温度700‑850℃，预烧时间2‑5h；（7）将步骤（6）预烧好的片磨碎，装入球磨罐中，以无水乙醇为介质，采用行星式球磨机球磨1‑72h；（8）将步骤（7）球磨好的浆料烘干，每100g粉料中加入6g粘合剂，放置24h，过150‑200目的筛，成粉料；所述粘合剂为质量浓度为5%的聚乙烯醇水溶液；（9）将粉料压片成型为坯，成型压力为200‑330MPa，坯的直径为13mm；（10）将坯放入刚玉坩埚，然后放入马弗炉中排塑，排塑温度500‑750℃，排塑时间1‑5h，成素坯；（11）将排完塑的素坯放入刚玉坩埚，用相同素坯重量比的粉料掩埋，放入马弗炉中烧结，烧结温度为1100‑1150℃，烧结时间2‑5h，得到Mn掺杂的Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑BaZr_0.055Ti_0.945O₃无铅压电陶瓷；（12）将步骤（11）制备的无铅压电陶瓷的上下表面进行打磨平整，涂上银浆，在550‑750℃煅烧10‑60min，在表面形成28‑32微米的银电极；（13）被好银电极的无铅压电陶瓷放在硅油中，用5‑7kV/mm的电场极化5‑60min，放置24h，即成无铅压电陶瓷材料。