CN102260080A - 一种改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
一种改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102260080A CN102260080A CN2010101890110A CN201010189011A CN102260080A CN 102260080 A CN102260080 A CN 102260080A CN 2010101890110 A CN2010101890110 A CN 2010101890110A CN 201010189011 A CN201010189011 A CN 201010189011A CN 102260080 A CN102260080 A CN 102260080A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cabi
- laminated structure
- piezoelectric ceramic
- ceramic material
- modification
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 35
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 35
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 title abstract description 26
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 34
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 29
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 29
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 24
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 16
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 15
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 14
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 13
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 12
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 12
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 4
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims description 4
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 claims description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 claims description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 9
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 24
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 4
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 4
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- JTCFNJXQEFODHE-UHFFFAOYSA-N [Ca].[Ti] Chemical compound [Ca].[Ti] JTCFNJXQEFODHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000005619 thermoelectricity Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明属于压电陶瓷领域，具体涉及一种改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法。该改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料得组成通式表示为：(SmxBi2-xO2)2+(SryCa1-y-zBizNb2-m-nTamWnO7)2-，式中0≤x≤0.5，0≤y≤0.2，0≤z≤0.2，0≤m≤0.2，0≤n≤0.3。本发明的改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料的主要性能为：d33≥12pC/N，tanδ≤0.50％，Tc≥916℃，ρv(500℃)≥108Ω·cm，ρv(600℃)≥107Ω·cm，可以满足高温480-550℃范围内反复使用。利用这种材料制得的陶瓷元件，组装成各种压电传感器，可以在极端高温条件下的测量、探测与自动控制等方面获得广泛应用。
Description
技术领域
本发明属于压电陶瓷领域，具体涉及一种改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
对振动量的检测，几乎涉及到每个工程领域。要检测振动就必需振动传感器，压电加速度传感器是其中应用最广、品种最多的传感器之一。在火电发电机组、冶金轧钢机和钢板碾压机和其它大型运转设备等重要设备的振动检测中，都离不开高温压电加速度传感器。其中使用量最多的是300℃～500℃的高温压电加速度计
目前高温压电传感器件的应用对压电陶瓷材料提出了更高的要求：(1)在高温下(480℃-550℃)具有较高的体电阻率；(2)在高温下具有较好的压电稳定性；(3)电容随温度的变化要小，具有优良的性能稳定性。因而研究符合上述要求的高温压电陶瓷材料是高温压电加速度计等高温压电传感器件的基础。
现有技术中，常规的铋层状型压电陶瓷材料的化学通式为：(Bi2O2)2+(Am-1BmO3m+1)2-，其中CaBi2Nb2O9相对应的化学式为：(Bi2O2)2+(CaNb2O7)2-，A位是Ca2+，B位是Nb5+离子，m＝2。纯CaBi2Nb2O9的压电常数d33＜7pC/N，介电损耗tanδ＞1.5％，高温下的直流电阻率比较低(ρv(500℃)＜107Ω·cm)，其性能根本无法满足高温(450-550℃)下的使用要求。因此，如何提供一种能够在高温范围内稳定使用的铋层状型压电陶瓷材料已经成为本领域技术人员所亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法。本发明的改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料能在高温范围(480℃-550℃)内稳定使用。
本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：
一种改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料，其组成通式表示为：(SmxBi2-xO2)2+(SryCa1-y-zBizNb2-m-nTamWnO7)2-，式中0≤x≤0.5，0≤y≤0.2，0≤z≤0.2，0≤m≤0.2，0≤n≤0.3；式中，x、y、z、m和n均表示摩尔比例。
较佳的，所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料的组成通式为(SmxBi2-xO2)2+(SryCa1-y-zBizNb2-m-nTamWnO7)2-，式中0.01≤x≤0.5，0.02≤y≤0.2，0.02≤z≤0.2，0≤m≤0.2，优选为0.04≤m≤0.2，0.02≤n≤0.3；式中，x、y、z、m和n均表示摩尔比例。
优选的，所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料，其化学组成表示为：(Sm0.02Bi1.98O2)2+(Sr0.02Ca0.96Bi0.02Nb1.94Ta0.04W0.02O7)2-。
优选的，所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料，其化学组成表示为：(Bi2O2)2+(Ca0.96Bi0.04Nb1.94W0.06O7)2-。
优选的，所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料，其化学组成表示为：(Sm0.03Bi1.97O2)2+(Ca0.96Bi0.04Nb1.92Ta0.04W0.04O7)2-。
本发明还提供了所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料的制备方法，所述制备方法依次包括球磨工艺、合成、烧结、氧化和极化工艺技术，其中，所述球磨工艺为行星球磨工艺；所述合成条件为700℃～900℃下的敞开粉末合成，且合成时间为1～4h；所述烧结温度为1000℃～1200℃，烧结时间为0.5～4h；所述氧化处理条件为500℃～1000℃的温度条件下氧化处理1～4h；所述极化工艺的条件为温度150℃～210℃，电压8～16kV/mm，时间10～30min。
较佳的，所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料的制备方法包括如下步骤：
1)配料：按照所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料中的各种组成计算并称取各种元素原料进行混合后制得混合原料；
2)混料：将步骤1)中制得的混合原料进行球磨混合；
3)粉末合成：将步骤2)中制得的球磨后的混合原料倒入容器放进烘箱烘干后，进行至少两次过筛使粉体均匀；然后放入电炉进行700℃～900℃的温度条件下合成1～4h合成；
4)粉碎细磨：将合成后的粉料粉碎后进行球磨细磨；
5)造粒成型：将步骤4)中细磨后的粉末出料烘干后，加入粘结剂后造粒成型；
6)排塑：将步骤5)中成型后的样品放在厢式电炉进行排塑；
7)烧结：将排塑后的样品放入密闭坩埚里，在1000℃-1200℃的温度条件下烧结0.5～4h；
8)冷加工：将烧结后的样品根据规格要求进行机械加工；
9)超声清洗、氧化处理、上电极：将机械加工好的样品进行超声清洗，在500℃～1000℃的温度条件下进行氧化处理1-4h，氧化处理后上银电极，放入厢式电炉烧银；
10)极化：将有电极的样品放在硅油里进行高压极化处理，且所述高压处理极化条件是温度为150℃～210℃，电压为8～16kV/mm，时间为10～30min。
较佳的，步骤1)中，所述原料选自Bi2O3、SrCO3、Nb2O5、Sm2O3、Ca(OH)2、WO3和Ta2O5中的多种的混合物。
进一步优选的，所述Bi2O3为高纯级，所述SrCO3和Nb2O5为工业纯级，所述Sm2O3、Ca(OH)2、WO3、和Ta2O5均为化学纯级。
较佳的，步骤2)中，所述球磨混合中，采用去离子水和玛瑙球作为介质，按照混合原料∶玛瑙球∶去离子水＝1∶1.2∶0.8的重量比例混合，经行星球磨混料1～4h。
较佳的，步骤4)中，所述球磨细磨采用去离子水和玛瑙球作为介质，按照粉料∶玛瑙球∶去离子水＝1∶1.5∶0.6的重量比例混合，经行星球磨4～8h。
较佳的，步骤5)中，所述成型压力为150-200MPa，所述粘结剂可由本领域技术人员根据现有技术进行选择，优选为PVA(聚乙烯醇)粘结剂。
较佳的，步骤6)中，所述排塑的条件为800℃的温度条件下排塑1h。
本发明中，极化好的样品放置一天后即可进行相关性能测试。
本发明采用Sr2+、Bi3+离子取代A位的Ca2+离子，采用Ta5+、W6+离子施主掺杂B位的Nb5+离子，同时采用Sm2+离子取代(Bi2O2)2+层中的Bi3+离子。对于采用Sr2+、Bi3+离子取代(Bi2O2)2+(CaNb2O7)2-化学式中A位的Ca2+离子，因Sr2+、Bi3+离子的半径大于Ca2+离子半径，其单晶胞体积变大，矫顽场降低，从而发挥了压电活性的释放，压电常数d33可以从7pC/N以下提高到10pC/N以上，高温电阻率没有明显的变化；对于采用Ta5+、W6+离子施主掺杂(Bi2O2)2+(CaNb2O7)2-化学式中B位的Nb5+离子，压电常数d33没有明显变化，500℃的高温电阻率提高了近1个数量级，主要是因施主电子复合了部分的空穴，从而载流子的浓度减小，导致电导率减小的缘故；对于采用Sm2+离子取代(Bi2O2)2+(CaNb2O7)2-化学式中(Bi2O2)2+层中的Bi3+离子，压电常数和高温电阻率都有所提高，Sm2+离子的取代激活了(Bi2O2)2+层中的Bi3+离子，使之有可能在铋层和钙钛矿层发生滑动，从而使压电性能提高；对于采用Sr2+、Bi3+离子取代A位的Ca2+离子，采用Ta5+、W6+离子施主掺杂B位的Nb5+离子，同时采用Sm2+离子取代(Bi2O2)2+层中的Bi3+离子，材料的综合性能得到显著提高。这种A位、B位以及(Bi2O2)2+层多种元素整体复合取代，是一种创新，它整合了单方面取代的优点，不仅使压电常数大幅提高，还使得高温电阻率提高了2个数量级，而且居里温度变化很小仍保持在900℃以上。
本发明采用Sr2+、Bi3+离子取代A位的Ca2+离子，采用Ta5+、W6+离子施主掺杂B位的Nb5+离子，同时采用Sm2+离子取代(Bi2O2)2+层中的Bi3+离子，其组成通式为：(SmxBi2-xO2)2+(SryCa1-y-z BizNb2-m-n TamWnO7)2-，式中0.0≤x≤0.5，0.0≤y≤0.2，0.0≤z≤0.2，0.0≤m≤0.2，0.0≤n≤0.3。另外在制备工艺过程中采用氧气气氛处理，改性CaBi2Nb2O9材料的主要性能为：d33≥12pC/N，tanδ≤0.50％，Tc≥916℃，，ρv(500℃)≥108Ω·cm，ρv(600℃)≥107Ω·cm，可以满足高温480-550℃范围内反复使用。利用这种材料制得的陶瓷元件，组装成各种压电传感器，可以在极端高温条件下的测量、探测与自动控制等方面获得广泛应用。
本发明中所制得的陶瓷元件在热处理后电容量C和压电系数d33的变化参见表1所示。
表1.本发明陶瓷元件在热处理后电容量C和压电系数d33的变化
从表1可以看出本发明中制得的陶瓷元件经过长时间的高温处理，电容量c和压电系数d33几乎没有任何变化，而且本发明陶瓷材料在高温(600℃)下的体电阻率大于1×107Ω·cm，且电容随着温度从常温升高到700℃几乎没有变化，说明本发明材料在高温下具有极高的电容温度稳定性。由此可见本发明材料是一种性能优异的高温高稳定压电陶瓷材料。
附图说明
图1.本发明实施例2中制得的压电陶瓷材料的体电阻率随温度变化的曲线。
图2.本发明实施例2中制得的压电陶瓷材料的电容随温度变化的曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步描述本发明的技术方案。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1：
以Bi2O3(高纯)、SrCO3(工业纯)、Nb2O5(工业纯)、Sm2O3(化学纯)、Ca(OH)2(化学纯)、WO3(化学纯)、Ta2O5(化学纯)为原料，按(Sm0.02Bi1.98O2)2+(Sr0.02Ca0.96Bi0.02Nb1.94Ta0.04W0.02O7)2-的化学配比进行配料，根据上述配方和各原料的纯度算出的各原料的质量，采用精确电子天平进行逐一称量。采用去离子水和玛瑙球作为介质，按照原料∶玛瑙球∶去离子水＝1∶1.2∶0.8的比例混合，经行星球磨混料4h。将混好的原料倒入容器放进烘箱烘干后进行至少两次过筛，以使粉体均匀；然后放入电炉进行900℃合成1h。将合成好的粉料粉碎后进行细磨，细磨采用去离子水和玛瑙球作为介质，按照原料∶玛瑙球∶去离子水＝1∶1.5∶0.6的比例混合，经行星球磨8h。出料烘干后、加粘结剂、造粒成型(成型压力为200MPa)。将成型好的样品放在厢式电炉进行排塑，排塑条件为800℃/1h。将样品放入密闭坩埚里进行烧结，烧结的温度是1200℃，烧结时间为1h。将烧结好的样品根据规格要求进行机械加工。然后将加工好的样品进行超声清洗，进行900℃/2h氧化处理后上银电极，放入厢式电炉烧银。将有电极的样品放在硅油里，加高压处理极化条件是210℃，12kv/mm，30min。将极化好的样品放置一天后进行相关性能测试。材料的主要性能为：d33＝12pC/N，ε33 T/εo＝169，tanδ＝0.42％，Tc＝918℃，ρv(500℃)＝4.2×108Ω·cm，ρv(600℃)＝2.4×107Ω·cm。
实施例2：
以Bi2O3(高纯)、SrCO3(工业纯)、Nb2O5(工业纯)、Ca(OH)2(化学纯)、WO3(化学纯)为原料，按(Bi2O2)2+(Ca0.96Bi0.04Nb1.94W0.06O7)2-的化学配方进行制备。根据上述配方和各原料的纯度算出的各原料的质量，采用精确电子天平进行逐一称量。采用去离子水和玛瑙球作为介质，按照原料∶玛瑙球∶去离子水＝1∶1.2∶0.8的比例混合，经行星球磨混料2h。将混好的原料倒入容器放进烘箱烘干后进行至少两次过筛，以使粉体均匀；然后放入电炉进行850℃合成4h。将合成好的粉料粉碎后进行细磨，细磨采用去离子水和玛瑙球作为介质，按照原料∶玛瑙球∶去离子水＝1∶1.5∶0.6的比例混合，经行星球磨4h。出料烘干后、加粘结剂、造粒成型(成型压力为150MPa)。将成型好的样品放在厢式电炉进行排塑，排塑条件为800℃/1h。将样品放入密闭坩埚里进行烧结，烧结的温度是1180℃，烧结时间为2h。将烧结好的样品根据规格要求进行机械加工。然后将加工好的样品进行超声清洗，进行850℃/2h氧化处理后上银电极，放入厢式电炉烧银。将有电极的样品放在硅油里，加高压处理极化条件是200℃，9kv/mm，20min。将极化好的样品放置一天后进行相关性能测试。材料的主要性能为：d33＝12.5pC/N，ε33 T/εo＝172，tanδ＝0.34％，Tc＝916℃，ρv(500℃)＝6.1×108Ω·cm，ρv(600℃)＝3.6×107Ω·cm。本实施例中制得的压电陶瓷材料的体电阻率随温度变化的曲线参见图1，其电容随温度变化的曲线参见图2。图1中可以看出，在热处理后电容量C和压电系数d33几乎没有任何变化；而且图2中可以看出，本实施例中制得的陶瓷材料在高温(600℃)下的体电阻率大于1×107Ω·cm，且电容随着温度从常温升高到700℃几乎没有变化，说明本实施例中制得的压电陶瓷材料在高温下具有极高的电容温度稳定性，是一种性能优异的高温高稳定压电陶瓷材料。
实施例3：
以Bi2O3(高纯)、Nb2O5(工业纯)、Sm2O3(化学纯)、Ca(OH)2(化学纯)、WO3(化学纯)、Ta2O5(化学纯)为原料，制备工艺同实施例1，按(Sm0.03Bi1.97O2)2+(Ca0.96Bi0.04Nb1.92Ta0.04W0.04O7)2-的化学配方进行制备。材料的主要性能为：d33＝12.3pC/N，ε33 T/εo＝175，tanδ＝0.38％，Tc＝920℃，ρv(500℃)＝4.5×108Ω·cm，ρv(600℃)＝3.3×107Ω·cm。
实施例4
以Bi2O3(高纯)、Nb2O5(工业纯)、Sm2O3(化学纯)、Ca(OH)2(化学纯)、WO3(化学纯)、Ta2O5(化学纯)为原料，制备工艺同实施例1，按(Sm0.5Bi1.5O2)2+(Sr0.2Ca0.6Bi0.2Nb1.5Ta0.2W0.3O7)2-的化学配方进行制备。
实施例5
以Bi2O3(高纯)、Nb2O5(工业纯)、Sm2O3(化学纯)、Ca(OH)2(化学纯)、WO3(化学纯)、Ta2O5(化学纯)为原料，制备工艺同实施例1，按(Sm0.01Bi1.99O2)2+(Sr0.02Ca0.96Bi0.02Nb1.94Ta0.04W0.02O7)2-的化学配方进行制备。
实施例1-5中所制得的陶瓷元件在热处理后电容量C和压电系数d33几乎没有任何变化，而且实施例中制得的陶瓷材料在高温(600℃)下的体电阻率大于1×107Ω·cm，且电容随着温度从常温升高到700℃几乎没有变化，说明本实施例中制得的材料在高温下具有极高的电容温度稳定性。由此可见该压电陶瓷材料是一种性能优异的高温高稳定压电陶瓷材料。
Claims (10)
1.一种改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料，其组成通式表示为：(SmxBi2-xO2)2+(SryCa1-y-zBizNb2-m-nTamWnO7)2-，式中0≤x≤0.5，0≤y≤0.2，0≤z≤0.2，0≤m≤0.2，0≤n≤0.3。
2.如权利要求1中所述的改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料，其特征在于，所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料的组成通式为(SmxBi2-xO2)2+(SryCa1-y-zBizNb2-m-nTamWnO7)2-，式中0.01≤x≤0.5，0.02≤y≤0.2，0.02≤z≤0.2，0≤m≤0.2，0.02≤n≤0.3。
3.如权利要求1中所述的改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料，其特征在于，所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料的化学组成表示为：(Sm0.02Bi1.98O2)2+(Sr0.02Ca0.96Bi0.02Nb1.94Ta0.04W0.02O7)2-。
4.如权利要求1中所述的改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料，其特征在于，所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料的化学组成表示为：(Bi2O2)2+(Ca0.96Bi0.04Nb1.94W0.06O7)2-。
5.如权利要求1中所述的改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料，其特征在于，所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料的化学组成表示为：(Sm0.03Bi1.97O2)2+(Ca0.96Bi0.04Nb1.92Ta0.04W0.04O7)2-。
6.权利要求1～5中任一权利要求所述的改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料的制备方法，该制备方法依次包括球磨工艺、合成、烧结、氧化和极化工艺技术，其中，所述球磨工艺为行星球磨工艺；所述合成条件为700℃～900℃下的敞开粉末合成，且合成时间为1～4h；所述烧结温度为1000℃～1200℃，烧结时间为0.5～4h；所述氧化处理条件为500℃～1000℃的温度条件下氧化处理1～4h；所述极化工艺的条件为温度150℃～210℃，电压8～16kV/mm，时间10～30min。
7.如权利要求6中所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料的制备方法包括如下步骤：
1)配料：按照所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料中的各种组成计算并称取元素原料进行混合后制得混合原料；
2)混料：将步骤1)中制得的混合原料进行球磨混合；
3)粉末合成：将步骤2)中制得的球磨后的混合原料倒入容器放进烘箱烘干后，进行至少两次过筛使粉体均匀；然后放入电炉进行700℃～900℃的温度条件下合成1～4h合成；
4)粉碎细磨：将合成后的粉料粉碎后进行球磨细磨；
5)造粒成型：将步骤4)中细磨后的粉末出料烘干后，加入粘结剂后造粒成型；
6)排塑：将步骤5)中成型后的样品放在厢式电炉进行排塑；
7)烧结：将排塑后的样品放入密闭坩埚里，在1000℃-1200℃的温度条件下烧结0.5～4h；
8)冷加工：将烧结后的样品根据规格要求进行机械加工；
9)超声清洗、氧化处理、上电极：将机械加工好的样品进行超声清洗，在500℃～1000℃的温度条件下进行氧化处理1-4h，氧化处理后上银电极，放入厢式电炉烧银；
10)极化：将有电极的样品放在硅油里进行高压极化处理，且所述高压处理极化条件是温度为150℃～210℃，电压为8～16kV/mm，时间为10～30min。
8.如权利要求7中所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述球磨细磨采用去离子水和玛瑙球作为介质，按照粉料∶玛瑙球∶去离子水＝1∶1.5∶0.6的重量比例混合，经行星球磨4～8h。
9.如权利要求7中所述改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述成型压力为150～200MPa。
10.权利要求1～5中任一权利要求所述的改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料在极端高温条件下的测量、探测与自动控制方面的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010189011.0A CN102260080B (zh) | 2010-05-31 | 2010-05-31 | 一种改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010189011.0A CN102260080B (zh) | 2010-05-31 | 2010-05-31 | 一种改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102260080A true CN102260080A (zh) | 2011-11-30 |
| CN102260080B CN102260080B (zh) | 2013-05-29 |
Family
ID=45006952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201010189011.0A Active CN102260080B (zh) | 2010-05-31 | 2010-05-31 | 一种改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102260080B (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103496972A (zh) * | 2013-10-01 | 2014-01-08 | 桂林理工大学 | 超低温烧结温度稳定型微波介电陶瓷Ca5Bi14O26及其制备方法 |
| CN103496971A (zh) * | 2013-10-01 | 2014-01-08 | 桂林理工大学 | 可低温烧结的微波介电陶瓷Ca4Bi6O13及其制备方法 |
| CN103922722A (zh) * | 2014-04-01 | 2014-07-16 | 四川大学 | 一种锂、铈、钽共掺铌酸铋钙基压电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN103936418A (zh) * | 2014-04-01 | 2014-07-23 | 四川大学 | 一种锂、铈、钨共掺铌酸铋钙基压电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN109596209A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-04-09 | 苏州长风航空电子有限公司 | 一种高温压电振动传感器及压电元件制备方法 |
| CN109970443A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-05 | 广州光鼎科技集团有限公司 | 一种铷、铈共掺杂铌酸铋钙基高温压电陶瓷及其制备方法 |
| CN112811882A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-05-18 | 湖南省美程陶瓷科技有限公司 | 一种高稳定传感器陶瓷材料及其制备方法 |
| CN113999009A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-02-01 | 湖南大学 | 一种铌酸铋钙基压电陶瓷及其制备方法和应用 |
| CN115505880A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-12-23 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种具有周期性纳米级微裂纹结构的铌酸铋钙薄膜材料及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6685850B2 (en) * | 2000-07-28 | 2004-02-03 | Tdk Corporation | Piezoelectric ceramic material |
| CN1793023A (zh) * | 2005-12-30 | 2006-06-28 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种铋层状结构弛豫铁电陶瓷材料及其制备方法 |
-
2010
- 2010-05-31 CN CN201010189011.0A patent/CN102260080B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6685850B2 (en) * | 2000-07-28 | 2004-02-03 | Tdk Corporation | Piezoelectric ceramic material |
| CN1793023A (zh) * | 2005-12-30 | 2006-06-28 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种铋层状结构弛豫铁电陶瓷材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 《Journal of materials Science-Materials in Electronics》 20070727 Debasis Dhak Preparation of nano-sized ABi2Nb2O9 (A = Ca2+, Sr2+, Ba2+)...... 448-456 1 , 第19期 * |
| DEBASIS DHAK: "Preparation of nano-sized ABi2Nb2O9 (A = Ca2+, Sr2+, Ba2+)……", 《JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN ELECTRONICS》 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103496972A (zh) * | 2013-10-01 | 2014-01-08 | 桂林理工大学 | 超低温烧结温度稳定型微波介电陶瓷Ca5Bi14O26及其制备方法 |
| CN103496971A (zh) * | 2013-10-01 | 2014-01-08 | 桂林理工大学 | 可低温烧结的微波介电陶瓷Ca4Bi6O13及其制备方法 |
| CN103922722A (zh) * | 2014-04-01 | 2014-07-16 | 四川大学 | 一种锂、铈、钽共掺铌酸铋钙基压电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN103936418A (zh) * | 2014-04-01 | 2014-07-23 | 四川大学 | 一种锂、铈、钨共掺铌酸铋钙基压电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN103922722B (zh) * | 2014-04-01 | 2015-08-19 | 四川大学 | 一种锂、铈、钽共掺铌酸铋钙基压电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN109596209A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-04-09 | 苏州长风航空电子有限公司 | 一种高温压电振动传感器及压电元件制备方法 |
| CN109970443A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-05 | 广州光鼎科技集团有限公司 | 一种铷、铈共掺杂铌酸铋钙基高温压电陶瓷及其制备方法 |
| CN112811882A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-05-18 | 湖南省美程陶瓷科技有限公司 | 一种高稳定传感器陶瓷材料及其制备方法 |
| CN113999009A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-02-01 | 湖南大学 | 一种铌酸铋钙基压电陶瓷及其制备方法和应用 |
| CN113999009B (zh) * | 2021-12-29 | 2022-03-15 | 湖南大学 | 一种铌酸铋钙基压电陶瓷及其制备方法和应用 |
| CN115505880A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-12-23 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种具有周期性纳米级微裂纹结构的铌酸铋钙薄膜材料及其制备方法 |
| CN115505880B (zh) * | 2022-09-28 | 2024-03-12 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种具有周期性纳米级微裂纹结构的铌酸铋钙薄膜材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102260080B (zh) | 2013-05-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102260080B (zh) | 一种改性CaBi2Nb2O9铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| Zheng et al. | Crystal structure and dielectric properties of ferroelectric ceramics in the BaO-Sm2O3-TiO2-Nb2O5 system | |
| CN105198417B (zh) | 一种锆酸铋钠锂铈掺杂铌酸钾钠基陶瓷材料的制备方法 | |
| CN104876567B (zh) | 高压电系数铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN102424572A (zh) | 高电阻率铁酸铋－钛酸钡固溶体磁电陶瓷材料的制备方法 | |
| CN101343182B (zh) | 掺杂的五元系低温烧结压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN101712548A (zh) | 一种烧结温度低的高效压电陶瓷材料及其制备工艺 | |
| CN102311266A (zh) | 一种铌酸钾钠无铅压电陶瓷材料的制备方法 | |
| CN101607818A (zh) | 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 | |
| CN110511018A (zh) | 一种高储能密度陶瓷电容器电介质及其制备方法 | |
| CN101337814B (zh) | 低温烧结锑酸锂掺杂的五元系压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN105837200A (zh) | 一种锰掺杂钛铌酸铋钙锂铈基陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN104402426B (zh) | 一种铁酸铋-钛酸铅-铌锌酸铅（bf-pt-pzn）三元体系高温压电陶瓷 | |
| CN110498681B (zh) | 室温下高电卡效应的弛豫铁电陶瓷及制备方法和应用 | |
| CN101894641B (zh) | 一种提高热敏电阻器生产效率的方法 | |
| CN108975912B (zh) | 三元系铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN101786880A (zh) | 一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN105777098B (zh) | 铁氧体的制备方法、铁氧体和电感器 | |
| CN103951407A (zh) | Ga改性(Bi0.8Gd0.2)FeO3-PbTiO3压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN102515757A (zh) | 一种抗温度老化的低电阻率热释电陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN110092658B (zh) | 一种铋系陶瓷的制备方法 | |
| Ahn et al. | Low temperature sintering and piezoelectric properties in Pb (ZrxTi1-x) O3–Pb (Zn1/3Nb2/3) O3–Pb (Ni1/3Nb2/3) O3 ceramics | |
| CN103193476B (zh) | 一种制备纯相BiFeO3陶瓷的湿化学方法 | |
| CN103172377B (zh) | 反应固相生长制备高性能压电陶瓷的方法 | |
| CN107117964B (zh) | 一种不同温度预烧料混合的pzt压电陶瓷及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Yuchen Inventor after: Yao Lie Inventor after: Dong Xianlin Inventor before: Li Yucheng Inventor before: Yao Lie Inventor before: Dong Xianlin |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LI YUCHENG YAO LIE DONG XIANLIN TO: LI YUCHEN YAO LIE DONG XIANLIN |