CN102249671A - 添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料及其制备方法，属于压电陶瓷材料领域，此种无铅压电陶瓷材料的特征在于包括主体成分和附加成分，主体成分组成式为Ba_xCa_ySr_1-x-y(Ti_wCo_1-w)O₃，其中0.80≤x≤0.98，0.01≤y≤0.15，0.83≤w≤0.99，附加成分包括占主体成分0.08～0.25wt％的Al₂O₃和0.02～0.20wt％的MgO。该发明由两步烧结法制备，从根本上改良了其性能，压电性能方面机电耦合系数Kp达到0.348，纵向压电常数d33达到164pC/N，性能得到较大提升，且温度和化学稳定性得到改善，适侯性较强，成本相对较低，进一步满足市场需求。

Description

添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料及其制备方法

技术领域

一种添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料及其制备方法，属于压电陶瓷材料领域，具体涉及改良地提高钛酸钡基无铅压电陶瓷材料整体性能，使其更实用的添加钴(Co)和铝(Al)的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷材料是一类世界各国竞相研究开发的极为重要的功能陶瓷，由于其优良的压电性能，其应用已遍及人类日常生活及生产的各个角落，尤其在信息的检测、转换、处理和储存等信息技术领域占有极其重要的地位。目前所用的压电陶瓷材料主要是Pb(Zr，Ti)O₃基压电陶瓷材料(简称PZT)，但是铅基陶瓷中PbO(或Pb₃O₄)的含量约占原料总量的70％，这类PZT在生产、使用及废弃后处理过程中都会给人类和生态环境造成严重损害。据《国际电子商情》报道，到2006年1月1日，所有的电子产品都应是无铅的，因此研究和开发无铅压电陶瓷是一项迫切的、具有重大社会和经济意义的课题。在取代PZT方面，多年来人们做了大量的努力，并且也取得了一些非常有学术意义的研究结果。根据Smolensky规则，结合掺杂、取代改性以及陶瓷制备工艺，研究和开发出新的无铅压电陶瓷体系。目前，可被考虑的无铅压电陶瓷体系包括BaTiO₃基无铅压电陶瓷、Bi_1/2Na_1/2TiO₃(BNT)基无铅压电陶瓷、铌酸盐(NaNbO₃)系无铅压电陶瓷、铋层状结构无铅压电陶瓷和钨青铜结构无铅压电陶瓷等。

BNT是1960年由Smolensky等人发明的复合钙钛矿铁电体，室温时属三角系，居里温度为320℃。BNT具有介电常数小，声学性能好等优良特性，但是BNT在铁电相区的电导率高，因而很难极化，加之Na₂O容易吸潮，陶瓷的烧结温度范围窄，导致体系的化学性能稳定性较铅基陶瓷差。因此单纯的BNT陶瓷难以实用化。NaNbO₃基无铅压电陶瓷具有独特的物理性质：低密度、高声学速度、介电常数、机械品质因数及纵向压电常数取值范围较宽等。如以日本研究人员在《Nature》(Nature，432(2004)84)学术期刊杂志公开的材料编号为LF4T的铌酸钾钠基陶瓷材料，其压电活性指标d33值高达416pC/N，该指标堪与实际使用中的PZT4陶瓷压电活性指标d33值相媲美。但是，该LF4T铌酸钾钠基陶瓷在制备过程中利用了比较特殊的织构法工艺，而且制备铌酸钾钠基陶瓷材料的原料氧化铌、氧化钽的市场价格非常昂贵，因而铌酸钾钠基陶瓷材料在工业生产制造方面存在着严重的成本问题，实际作为PZT的无铅压电陶瓷材料的替代产品很难被市场接受。

BaTiO₃基压电陶瓷是研究与发展得相当成熟的无铅陶瓷材料。相对于上述几类压电陶瓷，BaTiO₃基压电陶瓷化学性能稳定，造价、使用及废弃物处理成本相对低廉，易于被市场接受。但同时BaTiO₃基压电陶瓷电性能居于中等，并存在着性能低、稳定性差的弱点，从而限制了其应用范围和市场空间，因此BaTiO₃基压电陶瓷材料尚需通过相应的途径改善其性能。迄今为止，还未见同时添加钴(Co)和铝(Al)等元素对钛酸钡基无铅压电陶瓷进行改性，以提高其性能方面的报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种化学性能稳定、机电耦合系数Kp和纵向压电常数d33高，性能优异的添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料，其特征在于包括主体成分和附加成分，主体成分组成式为Ba_xCa_ySr_1-x-y(Ti_wCo_1-w)O₃，其中0.80≤x≤0.98，0.01≤y≤0.15，0.83≤w≤0.99，附加成分包括占主体成分0.08～0.25wt％的Al₂O₃和0.02～0.20wt％的MgO。

优选地，所述的主体成分的组成式中0.82≤x≤0.97，0.02≤y≤0.12，0.88≤w≤0.98。

更优选地，所述的主体成分的组成式中x＝0.92，y＝0.06，w＝0.93。

一种添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料，其特征在于包括以下步骤：

1、备料：按主体成分组成式称取适量的碳酸钡(BaCO₃)、二氧化钛(TiO₂)、碳酸钙(CaCO₃)、碳酸锶(SrCO₃)和三氧化二钴(Co₂O₃)，以及相应量的三氧化二铝(Al₂O₃)和氧化镁(MgO)，再以去离子水作为球磨介质，搅拌混料2～5h，出料烘干，过30～50目筛；

2、预焙烧及造粒：将过筛后物料在1050～1250℃下预烧3～5h，预烧后再用去离子水作为球磨介质，并加入适量粘合剂、甘油和分散剂，粉碎研磨2～4h，放出料浆后造粒；

3、成型及烧结：造粒后的粉料在12～20MPa的压力条件下干压成型，然后在1200～1350℃的条件下烧结2～4h即得无铅压电陶瓷材料样品。

步骤2中粘合剂、甘油和分散剂的加入量参照行业标准。

将烧结后样品加工成Φ20×2mm的标准片，两面涂上银电极并在600～900℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为70℃，极化电压为3000V/mm，放置10天后即可测试其压电性能参数。

本发明中的发明思路是采用钴(Co)部分代替钛酸钡组分表达式BaTiO₃中的Ti元素，用锶(Sr)和钙(Ca)部分替代表达式中的钡(Ba)元素，并通过向组分中掺加三氧化二铝(Al₂O₃)和氧化镁(MgO)的掺杂方式，实现对BaTiO₃压电陶瓷性能的改良。此种钛酸钡基压电陶瓷材料的化学成分主体组分可用Ba_xCa_ySr_1-x-y(Ti_wCo_1-w)O₃表示，再辅以主体成分0.08～0.25wt％的Al₂O₃和0.02～0.20wt％的MgO作为附加成分予以掺杂。主体成分表达式中的x、y和w值可依据实际应用中对改性钛酸钡基压电陶瓷材料的压电性能及其温度稳定性的具体要求而决定。根据实验，x＝0.8～0.98，y＝0.01～0.15，w＝0.83～0.99所得压电陶瓷材料的性能较为优越。准备主料成分时，可选用分析纯的BaCO₃(分析纯)、TiO₂(分析纯)、CaCO₃(分析纯)、SrCO₃(分析纯)、Al₂O₃(分析纯)、Co₂O₃(分析纯)和MgO(分析纯)作为原料，其添加量根据主体组分组成式中的x、y及w值确定，即组成式中的Ba、Ca、Sr、Ti和Co的元素含量确定。例如需要配制组成式为Ba_0.95Ca_0.04Sr_0.01(Ti_0.97Co_0.03)O₃的主体成分100g，由于此组成式中Ba元素的含量为56.8％，则需要用到BaCO₃(100％纯度)81.68g，其它元素的添加量同Ba元素。

用适量的钴(Co)部分替代Ti对钛酸钡陶瓷材料的压电性能及其温度稳定性的改性，有优良的效果。通常情况下，未改性的钛酸钡陶瓷材料在室温附近的晶格结构为四方晶相。用钴(Co)部分替代Ti可以在保持钛酸钡居里温度(T_c)相对变化不大的前提下，提高其四方晶相-正交晶相结构相变温度(T_T-O)和正交晶相-三角晶相结构相变温度(T_O-R)，将T_O-R值移植到高于室温的温度，使钛酸钡陶瓷材料的晶体结构在室温附近处于正交晶相。利用T_O-R和T_T-O之间的压电性能随温度变化比T_T-O和Tc之间的压电性能随温度变化小的特点，在一定程度上改善压电性能的温度稳定性。

同时，在钛酸钡材料中添加适量比例的Al₂O₃和MgO组分，在烧结过程中可以起到助烧剂的作用，烧结时陶瓷微观组织结构中的晶界可以形成液相，有大幅度地降低烧结温度的作用，实现低温烧结、抑制晶粒生长，使陶瓷微观结构组织中的晶粒尺寸适中而均一。所添加的Al₂O₃和MgO组分的量有合适的比例范围，过少含量的Al₂O₃和MgO起不到有明显改善陶瓷烧结性的作用，而过多含量的Al₂O₃和MgO则会损害压电活性等压电性能。适当比例的Al₂O₃和MgO掺杂可以显著地改善陶瓷材料的烧结性，使其在比较低的烧结温度(1200～1350℃)条件下即能得到较高的致密度，可以维持较高的压电活性d33值，同时明显地提升高机电祸合系数和机械品质因数等压电性能。另外，由于低温烧结的原因，得到的改性钛酸钡基陶瓷在微观结构方面晶粒尺寸变小，钛酸钡在T_O-R和T_T-O附近压电性能原先所呈现的大峰值变化会得到有效的抑制，从而可以显著地拓宽压电性能温度稳定性的温度范围。

与现有技术相比，本发明添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料及其制备方法所具有的有益效果是：通过在钛酸钡基的材料中添加钴(Co)和铝(Al)等元素对其进行改性，通过分析对比不同的添加量和预烧及烧成温度对其压电性能的影响，获得了一种性能优异的机电耦合系数Kp和纵向压电常数d33高的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料。本发明从根本上改良了钛酸钡基无铅压电陶瓷材料性能，压电性能方面机电耦合系数Kp达到0.348，纵向压电常数d33达到164pC/N，性能得到较大提升，温度和化学稳定性得到改善，适侯性较强，成本相对较低，进一步满足市场需求。

具体实施方式

实施例1

本实施例为最佳实施例，该种添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料依下列步骤制得：

1、备料：本发明以BaCO₃(分析纯)、TiO₂(分析纯)、CaCO₃(分析纯)、SrCO₃(分析纯)、Al₂O₃(分析纯)、Co₂O₃(分析纯)和MgO(分析纯)为原料，按照组成式Ba_xCa_ySr_1-x-y(Ti_wCo_1-w)O₃，其中x＝0.92、y＝0.06、w＝0.93，称取BaCO₃、TiO₂、CaCO₃、SrCO₃和Co₂O₃配制主体成分，再向其中加入占主体成分0.20％的Al₂O₃和0.15％的MgO作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料3h，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，过30目筛；

2、预焙烧及造粒：过筛后，在1150℃下利用隧道窑预烧3h，预烧后再用去离子水作为球磨介质，并加入适量粘合剂、甘油、分散剂等在搅拌球磨机内粉碎研磨2h，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒；

3、成型及烧结：造粒后的粉料在20MPa的压力条件下干压成型，然后在1260℃的条件下通过隧道窑烧结3h。

烧结后所得的样品加工成Φ20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在750℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为70℃，极化电压为3000V/mm，放置10天后测试其压电性能参数。此样品所测得压电性能参数为：机电耦合系数Kp＝0.348，纵向压电常数d33＝164pC/N，介电常数ε＝1599。所的产品的综合指标较为理想，可满足实际需要。

实施例2

该种添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料依下列步骤制得：

1、备料：本发明以BaCO₃(分析纯)、TiO₂(分析纯)、CaCO₃(分析纯)、SrCO₃(分析纯)、Al₂O₃(分析纯)、Co₂O₃(分析纯)和MgO(分析纯)为原料，按照组成式Ba_xCa_ySr_1-x-y(Ti_wCo_1-w)O₃，其中x＝0.86、y＝0.10、w＝0.90，称取BaCO₃、TiO₂、CaCO₃、SrCO₃和Co₂O₃配制主体成分，再向其中加入占主体成分0.10％的Al₂O₃和0.05％的MgO作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料5h，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，过40目筛；

2、预焙烧及造粒：过筛后，在1150℃下利用隧道窑预烧4h，预烧后再用去离子水作为球磨介质，并加入适量粘合剂、甘油、分散剂等在搅拌球磨机内粉碎研磨3h，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒；

3、成型及烧结：造粒后的粉料在15MPa的压力条件下干压成型，然后在1260℃的条件下通过隧道窑烧结3h。

烧结后所得的样品加工成Φ20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在750℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为70℃，极化电压为3000V/mm，放置10天后测试其压电性能参数。此样品所测得压电性能参数为：机电耦合系数Kp＝0.340，纵向压电常数d33＝159pC/N，介电常数ε＝1562。

实施例3

该种添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料依下列步骤制得：

1、备料：本发明以BaCO₃(分析纯)、TiO₂(分析纯)、CaCO₃(分析纯)、SrCO₃(分析纯)、Al₂O₃(分析纯)、Co₂O₃(分析纯)和MgO(分析纯)为原料，按照组成式Ba_xCa_ySr_1-x-y(Ti_wCo_1-w)O₃，其中x＝0.90、y＝0.06、w＝0.91，称取BaCO₃、TiO₂、CaCO₃、SrCO₃和Co₂O₃配制主体成分，再向其中加入占主体成分0.15％的Al₂O₃和0.10％的MgO作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料2h，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，过50目筛；

2、预焙烧及造粒：过筛后，在1050℃下利用隧道窑预烧5h，预烧后再用去离子水作为球磨介质，并加入适量粘合剂、甘油、分散剂等在搅拌球磨机内粉碎研磨4h，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒；

3、成型及烧结：造粒后的粉料在15MPa的压力条件下干压成型，然后在1260℃的条件下通过隧道窑烧结4h。

烧结后所得的样品加工成Φ20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在750℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为70℃，极化电压为3000V/mm，放置10天后测试其压电性能参数。此样品所测得压电性能参数为：机电耦合系数Kp＝0.340，纵向压电常数d33＝159pC/N，介电常数ε＝1562。

实施例4

该种添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料依下列步骤制得：

1、备料：本发明以BaCO₃(分析纯)、TiO₂(分析纯)、CaCO₃(分析纯)、SrCO₃(分析纯)、Al₂O₃(分析纯)、Co₂O₃(分析纯)和MgO(分析纯)为原料，按照组成式Ba_xCa_ySr_1-x-y(Ti_wCo_1-w)O₃，其中x＝0.82、y＝0.12、w＝0.88，称取BaCO₃、TiO₂、CaCO₃、SrCO₃和Co₂O₃配制主体成分，再向其中加入占主体成分0.08％的Al₂O₃和0.02％的MgO作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料3h，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，过40目筛；

2、预焙烧及造粒：过筛后，在1150℃下利用隧道窑预烧3h，预烧后再用去离子水作为球磨介质，并加入适量粘合剂、甘油、分散剂等在搅拌球磨机内粉碎研磨4h，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒；

3、成型及烧结：造粒后的粉料在12MPa的压力条件下干压成型，然后在1260℃的条件下通过隧道窑烧结2h。

烧结后所得的样品加工成Φ20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在750℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为70℃，极化电压为3000V/mm，放置10天后测试其压电性能参数。此样品所测得压电性能参数为：机电耦合系数Kp＝0.339，纵向压电常数d33＝157pC/N，介电常数ε＝1543。

实施例5

该种添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料依下列步骤制得：

1、备料：本发明以BaCO₃(分析纯)、TiO₂(分析纯)、CaCO₃(分析纯)、SrCO₃(分析纯)、Al₂O₃(分析纯)、Co₂O₃(分析纯)和MgO(分析纯)为原料，按照组成式Ba_xCa_ySr_1-x-y(Ti_wCo_1-w)O₃，其中x＝0.94、y＝0.05、w＝0.95，称取BaCO₃、TiO₂、CaCO₃、SrCO₃和Co₂O₃配制主体成分，再向其中加入占主体成分0.25％的Al₂O₃和0.20％的MgO作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料4h，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，过40目筛；

2、预焙烧及造粒：过筛后，在1050℃下利用隧道窑预烧4h，预烧后再用去离子水作为球磨介质，并加入适量粘合剂、甘油、分散剂等在搅拌球磨机内粉碎研磨2.5h，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒；

3、成型及烧结：造粒后的粉料在15MPa的压力条件下干压成型，然后在1350℃的条件下通过隧道窑烧结3h。

烧结后所得的样品加工成Φ20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在750℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为70℃，极化电压为3000V/mm，放置10天后测试其压电性能参数。此样品所测得压电性能参数为：机电耦合系数Kp＝0.345，纵向压电常数d33＝161pC/N，介电常数ε＝1578。

实施例6

该种添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料依下列步骤制得：

1、备料：本发明以BaCO₃(分析纯)、TiO₂(分析纯)、CaCO₃(分析纯)、SrCO₃(分析纯)、Al₂O₃(分析纯)、Co₂O₃(分析纯)和MgO(分析纯)为原料，按照组成式Ba_xCa_ySr_1-x-y(Ti_wCo_1-w)O₃，其中x＝0.95、y＝0.04、w＝0.97，称取BaCO₃、TiO₂、CaCO₃、SrCO₃和Co₂O₃配制主体成分，再向其中加入占主体成分0.15％的Al₂O₃和0.08％的MgO作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料5h，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，过40目筛；

2、预焙烧及造粒：过筛后，在1150℃下利用隧道窑预烧4h，预烧后再用去离子水作为球磨介质，并加入适量粘合剂、甘油、分散剂等在搅拌球磨机内粉碎研磨2h，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒；

3、成型及烧结：造粒后的粉料在20MPa的压力条件下干压成型，然后在1300℃的条件下通过隧道窑烧结3h。

烧结后所得的样品加工成Φ20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在750℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为70℃，极化电压为3000V/mm，放置10天后测试其压电性能参数。此样品所测得压电性能参数为：机电耦合系数Kp＝0.343，纵向压电常数d33＝162pC/N，介电常数ε＝1559。

实施例7

该种添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料依下列步骤制得：

1、备料：本发明以BaCO₃(分析纯)、TiO₂(分析纯)、CaCO₃(分析纯)、SrCO₃(分析纯)、Al₂O₃(分析纯)、Co₂O₃(分析纯)和MgO(分析纯)为原料，按照组成式Ba_xCa_ySr_1-x-y(Ti_wCo_1-w)O₃，其中x＝0.97、y＝0.02、w＝0.98，称取BaCO₃、TiO₂、CaCO₃、SrCO₃和Co₂O₃配制主体成分，再向其中加入占主体成分0.15％的Al₂O₃和0.08％的MgO作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料2h，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，过40目筛；

2、预焙烧及造粒：过筛后，在1150℃下利用隧道窑预烧4h，预烧后再用去离子水作为球磨介质，并加入适量粘合剂、甘油、分散剂等在搅拌球磨机内粉碎研磨3h，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒；

3、成型及烧结：造粒后的粉料在15MPa的压力条件下干压成型，然后在1250℃的条件下通过隧道窑烧结3h。

烧结后所得的样品加工成Φ20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在750℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为70℃，极化电压为3000V/mm，放置10天后测试其压电性能参数。此样品所测得压电性能参数为：机电耦合系数Kp＝0.340，纵向压电常数d33＝159pC/N，介电常数ε＝1547。

实施例8

该种添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料依下列步骤制得：

1、备料：本发明以BaCO₃(分析纯)、TiO₂(分析纯)、CaCO₃(分析纯)、SrCO₃(分析纯)、Al₂O₃(分析纯)、Co₂O₃(分析纯)和MgO(分析纯)为原料，按照组成式Ba_xCa_ySr_1-x-y(Ti_wCo_1-w)O₃，其中x＝0.98、y＝0.01、w＝0.99，称取BaCO₃、TiO₂、CaCO₃、SrCO₃和Co₂O₃配制主体成分，再向其中加入占主体成分0.15％的Al₂O₃和0.08％的MgO作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料4h，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，过40目筛；

2、预焙烧及造粒：过筛后，在1150℃下利用隧道窑预烧4h，预烧后再用去离子水作为球磨介质，并加入适量粘合剂、甘油、分散剂等在搅拌球磨机内粉碎研磨3.5h，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒；

3、成型及烧结：造粒后的粉料在20MPa的压力条件下干压成型，然后在1300℃的条件下通过隧道窑烧结3h。

烧结后所得的样品加工成Φ20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在750℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为70℃，极化电压为3000V/mm，放置10天后测试其压电性能参数。此样品所测得压电性能参数为：机电耦合系数Kp＝0.335，纵向压电常数d33＝152pC/N，介电常数ε＝1545。

实施例9

该种添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料依下列步骤制得：

1、备料：本发明以BaCO₃(分析纯)、TiO₂(分析纯)、CaCO₃(分析纯)、SrCO₃(分析纯)、Al₂O₃(分析纯)、Co₂O₃(分析纯)和MgO(分析纯)为原料，按照组成式Ba_xCa_ySr_1-x-y(Ti_wCo_1-w)O₃，其中x＝0.80、y＝0.15、w＝0.83，称取BaCO₃、TiO₂、CaCO₃、SrCO₃和Co₂O₃配制主体成分，再向其中加入占主体成分0.15％的Al₂O₃和0.08％的MgO作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料4h，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，过40目筛；

2、预焙烧及造粒：过筛后，在1150℃下利用隧道窑预烧4h，预烧后再用去离子水作为球磨介质，并加入适量粘合剂、甘油、分散剂等在搅拌球磨机内粉碎研磨3h，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒；

3、成型及烧结：造粒后的粉料在20MPa的压力条件下干压成型，然后在1300℃的条件下通过隧道窑烧结3h。

烧结后所得的样品加工成Φ20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在750℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为70℃，极化电压为3000V/mm，放置10天后测试其压电性能参数。此样品所测得压电性能参数为：机电耦合系数Kp＝0.330，纵向压电常数d33＝150pC/N，介电常数ε＝1550。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料，其特征在于包括主体成分和附加成分，主体成分组成式为Ba_xCa_ySr_1-x-y(Ti_wCo_1-w)O₃，其中0.80≤x≤0.98，0.01≤y≤0.15，0.83≤w≤0.99，附加成分包括占主体成分0.08～0.25wt％的Al₂O₃和0.02～0.20wt％的MgO。

2.根据权利要求1所述的添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料，其特征在于所述的主体成分的组成式中：0.82≤x≤0.97，0.02≤y≤0.12，0.88≤w≤0.98。

3.根据权利要求1所述的添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料，其特征在于所述的主体成分的组成式中：x＝0.92，y＝0.06，w＝0.93。

4.根据权利要求1所述的添加钴和铝的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

4.1、备料：按主体成分组成式计量比称取碳酸钡(BaCO₃)、二氧化钛(TiO₂)、碳酸钙(CaCO₃)、碳酸锶(SrCO₃)和三氧化二钴(Co₂O₃)，以及占主体成分0.08～0.25wt％的三氧化二铝(Al₂O₃)和0.02～0.20wt％的氧化镁(MgO)，以去离子水为球磨介质，利用搅拌球磨机混料2～5h，出料烘干，过30～50目筛；

4.2、预焙烧及造粒：将过筛后物料在1050～1250℃下预烧3～5h，预烧后再用去离子水作为球磨介质，并加入适量粘合剂、甘油和分散剂在搅拌球磨机内进行粉碎研磨，研磨2～4h后放出料浆并用喷雾造粒塔进行造粒；

4.3、成型及烧结：造粒后的粉料在12～20MPa的压力条件下干压成型，然后在1200～1350℃的温度下烧结2～4h即得压电陶瓷材料样品。