CN101219892A - 制备钛酸铋取向陶瓷的固相烧结工艺方法 - Google Patents

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毛翔宇
陈小兵
王伟
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制备钛酸铋取向陶瓷的固相烧结工艺方法，其特征是以分析纯氧化铋(Bi2O3)和光谱纯氧化钛(TiO2)为原料，分析纯氧化铋(Bi2O3)重量百分比为72％～84％，光谱纯氧化钛(TiO2)重量百分比为18％～26％，经充分球磨混合后，装入氧化铝坩埚内，在760℃～800℃进行三次预合成，每次预合成保温时间8～24小时，预合成后的粉末，加粘合剂，经成型、排塑，然后在1140℃温度下烧结2～20小时，制成钛酸铋取向陶瓷。本发明工艺简单，取材容易，采用现行的固相烧结工艺和市场购得的氧化物作为原料，制得的材料，其铁电、压电性能良好。

Description

制备钛酸铋取向陶瓷的固相烧结工艺方法
技术领域
本发明涉及可用于新型无铅存储器、传感器和换能器的铁电、压电陶瓷的制备方法。
背景技术
铋系层状钙钛矿结构材料自二十世际四十年代未期，被首次人工合成并发现具有良好的铁电和压电性能，一直受人们的广泛重视。近年来为了开发新型无污染的存储器、传感器和换能器等电子元器件，铋系层状钙钛矿结构材料是被公认可以取代PZT，从而减少铅系陶瓷在生产、使用及废弃后处理过程中，给人类及生态环境造成严重危害的候选材料之一。
目前提高铋系层状钙钛矿结构材料样品性能的主要方法：(1)用掺杂的方法减少样品中的氧空位提高样品的性能；(2)利用样品各项异性特性制备高取向率的陶瓷样品。
钛酸铋(Bi4Ti3O12，简称BIT)是一种典型铋系层状钙钛矿结构材料，可以用式(Bi2O2)2+(Am-1BmO3m-1)2-来表示，式中：A为Bi离子，B为Ti离子，m＝3。具有高的相变温度(Tc＝756℃)，铁电性能各向异性，在a/(b)方向上的自发极化(2Ps)达100μC/cm2，而c方向的2Ps为8～10μC/cm2。铋系层状钙钛矿结构材料样品的微观结构属低对称性，也就是说相品的晶格常数(a，b，c)相差较大，样品的a与b基本相等，而c远远大于a和b，在晶体生长过程中晶粒易长成片状。尽管BIT单晶样品有良好的性能，但存在制备成本高，加工困难不适作为实用材料。通常的固相烧结工艺制备的BIT陶瓷为自由取向的，其剩余极化(2Pr)一般仅为12～16μC/cm2，其压电常数d33通常也只有8～12pC/N，而样品的矫顽场(Ec)较高达～85kV/cm，不能满足实际应用的需要。用掺杂的方法的确提高了样品的综合性能，但同样不能满足实际应用的要求。所以利用BIT样品所具有各项异性，得到具有单晶特性的取向陶瓷得到了人们的关注。
目前有相关文献和专利报道，用热压法、模板法等方法制备铋系层状钙钛矿取向陶瓷。如：(1)特开2001-291908号公报公开了由作为层状钙钛矿型化合物Na0.5Bi4.5Ti4O15结构，用含有初始胚片表面形成平行排列的线状电极c轴沿一方向，且沿与c轴取向方向正交方向极化的压电陶瓷；(2)特开2001-039766号公报公开了作为层状钙钛矿型化合物的一种的CaBi4Ti4O15结构，在600℃下对样品进行加压热理，得到沿与c轴的取向方向正交方向极化的压电陶瓷。从相关文献与专利报道来看：目前常用的制备取向陶瓷的方法存在易生成二次相、与目前陶瓷生产工艺不兼容或工艺过程复杂不利于大规模生产等问题。
发明内容
本发明的目的是要提供一种制备钛酸铋取向陶瓷的固相烧结工艺方法，该工艺合理简单，制备的产品综合性能好，能满足实际应用要求，便于产业化生产。
本发明的技术方案是：制备钛酸铋取向陶瓷的固相烧结工艺方法，其特征是以分析纯氧化铋(Bi2O3)和光谱纯氧化钛(TiO2)为原料，分析纯氧化铋(Bi2O3)重量百分比为72％～84％，光谱纯氧化钛(TiO2)重量百分比为18％～26％，经充分球磨混合后，装入氧化铝坩锅内，在760℃～800℃进行三次预合成，每次预合成保温时间8～24小时，预合成后的粉未，加粘合剂、成型、排塑，然后在1140℃温度下烧结2～20小时，制成钛酸铋取向陶瓷。
所述的球磨以无水乙醇为介质。用现行的固相烧结工艺和市场购得的氧化物作为原料，通过控制样品制备的温度和时间等工艺，得到不同取向率的BIT多晶陶瓷，其铁电、压电性能可改变工艺条件进行调整。
制备本发明取向BIT陶瓷样品可以采用分析纯氧化铋(Bi2O3)和光谱纯氧化钛(TiO2)作为原料，按化学计量比称量原料，经充分球磨混合后，装入氧化铝坩锅内，在760℃～800℃进行三次预合成，保温时间8～24小时，每次预合成后进行球磨、烘干重复三次。预合成后的粉未，加粘合剂、成型、排塑，然后在1140℃温度下烧结2～24小时。按与成形时压力方向切割成片状陶瓷样品，陶瓷片被上银电极，在160℃的硅油中极化10分钟，极化电场为15kV/cm。最后测量相关参数。
本发明工艺简单，取材容易，采用现行的固相烧结工艺和市场购得的氧化物作为原料，通过控制制备的温度和时间等工艺，得到不同取向率的BIT多晶陶瓷，其铁电、压电性能良好，并可通过改变工艺条件进行调整。具体效果有：(1)材料为无铅铁电、压电陶瓷；(2)样品的取向率在一定的范围内可控；(3)不仅样品有良好的铁电性能、压电性能，而且可改变不同烧结果时间来改变样品铁电和压电性能，样品的铁电性能和压电性能在一定范围内可控(2Pr＝6.2～53.4μC/cm2，d33＝6.5～22.2pC/N)及热稳定性能好(Tc＝756℃)；(4)与现有固相烧结工艺配套无需新增设备；(5)工艺过程简单、稳定性好；(6)通过改变相品的取向率可得到铁电、压电性能不同的BIT陶瓷样品；(7)烧结温度较低，在760℃～1140℃温度范围内，更具有环境协调性。
附图说明
图1是本发明实施例中结晶取陶瓷X射线图形；
图2(a)是本发明施例中与轴线平行方向切割的不同取向率样品电镜照片，Ic＝81.7％；
图2(b)是本发明施例中与轴线平行方向切割的不同取向率样品电镜照片，Ic＝85.3％；
图2(c)是本发明施例中与轴线平行方向切割的不同取向率样品电镜照片，Ic＝89.9％；
图2(d)是本发明施例中与轴线平行方向切割的不同取向率样品电镜照片，Ic＝80.9％；
图3是本发明实验例中结晶取向陶瓷的不同切向的铁电性能测量结果；Sample A：切割方向与圆柱体轴线垂直，Sample B：切割方向与圆柱体轴线平行；
图4是本发明实验例中结晶取向陶瓷的不同切向的压电性能测量结果；Sample A：切割方向与圆柱体轴线垂直，Sample B：切割方向与圆柱体轴线平行。
具体实施方式
实施例采用的制备工艺过程及条件：
(1)样品原料的准备：
选用分析纯氧化铋(Bi2O3)和光谱纯氧化钛(TiO2)，原料均采用上海化学试剂公司产品，原料在称取之前，先在烘箱中110℃温度下烘烤8小时。
(2)原料的称量：
按化学配比称取纯度99％的分析纯氧化铋(Bi2O3)0.2471kg和纯度99％的光谱纯氧化钛(TiO2)0.069671kg，其中氧化铋(Bi2O3)过量15％用来补充制备过程中氧化铋的挥发。
(3)球磨和预合成：
将称量好的氧化铋和氧化钛用无水乙醇作为介质，经24小时球磨混合后烘干，装入氧化铝坩埚内，轻轻压紧，在空气中，分别在760℃，780℃和800℃的温度下，进行8小时，16小时和24小时的预合成。每次预合成后都进行球磨和烘干处理，球磨时间为24小时。
(4)样品成型、排塑：
将已球磨和烘干后经三次预合成的粉料中加入5wt％(浓度为10wt％的聚乙烯醇水溶液)，在～15Mpa的压力下成型，制成圆柱体型样品，尺寸为φ20mm×8mm，加压方向与圆柱体圆面相垂直。将成型后的样品坯体在500℃温度下排塑5小时。
样品烧结：
将排塑后样品坯体在1140℃温度下烧结2～20小时，制得钛酸铋取向陶瓷(BIT样品)。
(5)测量样品的准备：
用晶体切割机圆柱体的轴线垂直和平行的方向分别切割成测量样品。将测量样品上银电极，用作铁电、介电和压电性能测量所需测量电极。在180℃的硅油中极化10分钟，极化电场为20kV/cm，用于样品压电性能测量。
对制备好的BIT样品测量条件为：
用X射线衍射仪(日本Mac Science公司，M03XHF22型)对样品进行结构分析。用扫描电子显微镜(Philips公司，XL 30ESEM型)观察样品的表面形貌。用铁电性能测量仪(Radiant Technologies，Precision LC型)测量了样品的铁电性能，测量电场为130kV/cm。用准静态d33测量仪(ZJ-3AN型)测量样品的压电性能。
测量实施例1：
在不同烧结时间条件下与圆柱体轴线垂直切割样品的c取向率的计算结果：
  烧结时间(小时) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
  c取向率(Ic％) 81.7 82.1 82.5 83.9 85.3 87.2 89.8 89.7 83.6 80.8
注：c取向率的计算：
样品的c取向率(Ic)根据XRD测量结果由公式：
          Ic＝[∑I(00k)]/[∑I(hlk)]×100％       (1)
计算得到，式中I(00k)为样品c取向峰的相对强度，I(hlk)为XRD谱中所有峰的相对强度。
测量实施例2：
不同取向率与圆柱体轴线平行切割和垂直切割样品铁电、压电性能测量结果
平行 垂直 平行   垂直 平行   垂直 平行   垂直
  c取向率(％)   83.9   85.4   89.7   89.9
  铁电性能(2Pr μC/cm2) 29.8 12.7 36.2 11 49.3 6.2 53.4 7.1
  压电系数(d33pc/N) 10.5 10.1 17.2 8.4 15.7 6.5 22.2 6.9

Claims (2)

1.一种制备钛酸铋取向陶瓷的固相烧结工艺方法，其特征是以分析纯氧化铋(Bi2O3)和光谱纯氧化钛(TiO2)为原料，分析纯氧化铋(Bi2O3)重量百分比为72％～84％，光谱纯氧化钛(TiO2)重量百分比为18％～26％，经充分球磨混合后，装入氧化铝坩锅内，在760℃～800℃进行三次预合成，每次预合成保温时间8～24小时，预合成后的粉未，加粘合剂、成型、排塑，然后在1140℃温度下烧结2～20小时，制成钛酸铋取向陶瓷。
2.根据权利要求1所述的制备钛酸铋取向陶瓷的固相烧结工艺方法，其特征是所述的球磨以无水乙醇为介质。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101607818B (zh) * 2009-07-06 2012-05-23 扬州大学 具有多铁性能的层状结构钛铁钴酸铋陶瓷材料及其制备方法
CN101704669B (zh) * 2009-11-27 2012-08-15 扬州大学 具有多铁性能的层状结构钛铁钴酸镧铋陶瓷及其制备方法
CN104788094A (zh) * 2015-04-13 2015-07-22 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种钛酸铋陶瓷材料的制备方法
WO2017181912A1 (zh) * 2016-04-22 2017-10-26 西人马（厦门）科技有限公司 无铅压电陶瓷材料和无铅压电元件
CN110482596A (zh) * 2019-07-23 2019-11-22 中国计量大学 一种双镧系离子共掺杂的钛酸铋纳米片制备方法
CN113511891A (zh) * 2021-07-09 2021-10-19 上海交通大学 一种具有晶型取向固体氧化物燃料电池电解质材料及其制备方法
CN113603480A (zh) * 2021-08-18 2021-11-05 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种钛酸铋高温压电陶瓷材料及其制备方法

Cited By (10)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101607818B (zh) * 2009-07-06 2012-05-23 扬州大学 具有多铁性能的层状结构钛铁钴酸铋陶瓷材料及其制备方法
CN101704669B (zh) * 2009-11-27 2012-08-15 扬州大学 具有多铁性能的层状结构钛铁钴酸镧铋陶瓷及其制备方法
CN104788094A (zh) * 2015-04-13 2015-07-22 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种钛酸铋陶瓷材料的制备方法
CN104788094B (zh) * 2015-04-13 2017-03-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种钛酸铋陶瓷材料的制备方法
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