一种BCTZ基钙钛矿体系多元无铅压电陶瓷及其制备方法

摘要

本发明公开了一种BCTZ基钙钛矿体系多元无铅压电陶瓷及其制备方法，其原料组分及其摩尔百分比为(1-y)[(1-x)Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ca0.7Ca0.3)O3]-y[(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88-Sb0.08Ta0.04)O3]，其中x=0.40~0.50，y=0.001~0.05。本发明材料的主晶相为钙钛矿结构，压电常数d33最高464pC/N，机电耦合系数kp最高0.5，达到传统含铅压电陶瓷的性能，且制备工艺稳定，可重复；Na、K和Li离子的存在可降低烧结和预烧温度，具有较好的应用前景。

主权项

一种BCTZ基钙钛矿体系多元无铅压电陶瓷，其原料组分及其摩尔百分比为(1‑y)[(1‑x)Ba(Zr0.2Ti0.8)O3‑x(Ca0.7Ca0.3)TiO3]‑y[(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88‑Sb0.08Ta0.04)O3]，其中x=0.40~0.50，y=0.001~0.05，x、y均为摩尔分数。上述压电陶瓷的制备方法如下：(1)用BaCO3、TiO2、CaCO3、ZrO2为初始原料，按(1‑x)Ba(Zr0.2Ti0.8)O3‑x(Ca0.7Ca0.3)O3，其中x=0.40~0.50的化学计量比进行配料，经球磨混合、预烧，获得(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3简称BCTZ陶瓷粉末，再于1000~1100℃进行预烧；(2)用Li2CO3，K2CO3，Na2CO3，Nb2O5，Ta2O5和Sb2O3为初始原料，按(Na0.52K0.44Li0.04)(Nb0.88Sb0.08Ta0.04)O3简称KNNLST的化学计量比进行配料，经球磨混合、预烧，获得KNNLST陶瓷粉末，再于850℃进行预烧；(3)将BCTZ和KNNLST陶瓷粉末按(1‑y)BCTZ‑y KNNLST，y=0.001~0.05的化学计量比进行配料，经球磨混合，干燥，得到多元体系陶瓷粉末；(4)在将步骤(3)的多元体系陶瓷粉末中滴加聚乙烯醇水溶液或者聚乙烯醇二甲醛酒精溶液作为粘结剂，置于研钵中研磨，其中聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇含量为1~7%，聚乙烯醇二甲醛酒精溶液中聚乙烯醇缩二甲醛含量为1~10%；多元体系陶瓷粉末与滴加的聚乙烯醇水溶液或者聚乙烯醇二甲醛酒精溶液的比例为1g：2滴；(5)将步骤(4)的BCTZ‑KNNLST混合料倒入磨具，压制成型为生坯；(6)将步骤(5)的生坯置于马弗炉中进行排胶，排胶温度为600℃，保温10min，随炉冷却；(7)将步骤(6)排胶后的生坯置于马弗炉中烧结，烧结温度为1200~1400℃，保温1~2h，随炉冷却，获得BCTZ‑KNNLST多元体系无铅压电陶瓷制品；(8)将步骤(7)烧结完成的制品，涂覆低温银浆，于700℃保温10min制成电极。(9)将步骤(8)制备的电极制品放入硅油中极化10~30min，极化电场为0.1~4KV/mm。