CN102351533A - 一种低温烧结高压电性能的锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种低温烧结高压电性能的锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法 Download PDF

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刘心宇
崔业让
江民红
胡耀斌
袁昌来
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Abstract

本发明公开了一种低温烧结高压电性能的锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法，其特征是：锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷的化学组成通式为：(1-x)(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3-XMαOβ其中:0＜x＜0.01，MαOβ表示氧化物，α和β分别表示相关氧化物中相应的元素M和氧的原子数；其M为Ce、Sm、Yb、Nd中的一种或几种元素，以(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3为基体，以MαOβ为助烧剂，经传统制陶工艺烧制而成。本发明(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3-MαOβ无铅压电陶瓷，具有低烧结温度、优良的压电性能及综合性能。通过选择适当的配方及工艺参数，烧结温度在1300-1350℃适合于工业烧结温度，均可使该体系的陶瓷各项性能良好。

Description

一种低温烧结高压电性能的锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及压电陶瓷，具体是一种低温烧结高压电性能的锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法。
背景技术
压电陶瓷作为重要的高技术功能材料，其应用已遍及日常生活和生产的各个角落，广泛应用于超声换能，传感器，无损检测和通讯技术等领域。半个多世纪以来，锆钛酸铅固溶体在研究和应用方面一直占据压电陶瓷的主导地位。由于锆钛酸铅固溶体在制备过程中存在PbO的挥发，不仅造成陶瓷中的化学计量比的偏离，使产品的一致性和重复性降低，而且PbO的挥发造成了对环境的污染。
文献“Wenfeng Liu,Xiaobing Ren.Large Piezoelectric Effect in Pb-Free Ceramic [J].Physical Review Letters , 2009,103(25): 2576 02(1-4)”采用传统的固相合成方法制备的高性能的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷。然而他们的烧结温度高达1500℃ 以上，高于工业上生产的烧结温度要求，严重的制约了其大批量的生产。目前通用解决方案是加入助溶剂来降低烧结温度，增加致密度，降低介电损耗，以得到高性能的无铅压电陶瓷，但效果仍不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温烧结高压电性能的锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
在(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3中添加MαOβ构成的无铅压电陶瓷，可以用通式(1-x)(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3-XMαOβ其中: 0＜x＜0.01，MαOβ表示氧化物，α和β分别表示相关氧化物中相应的元素M和氧的原子数。其M为Ce、Sm、Yb、Nd中的一种或其组合元素。
上述锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
(1)将钛酸钡、二氧化钛、二氧化锆、碳酸钙，按化学式 (1-x)(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3-XMαOβ称量原料；
(2)将步骤(1)配好的原料放入球磨机中混料，球磨5~14 h，转速为200~450转/分钟；
(3)将步骤(2)混合好的料压块，在1150~1250℃温度下预烧1~3 h，取出煅烧的料研碎，再次球磨，球磨时间和转速同步骤(2)，然后粉体过50目筛；
(4)在由步骤(3)得到的粉体中按配比添加入MαOβ改性添加剂，以无水乙醇为介质，再细磨5-10 h，干燥后加入3-5%的聚乙烯醇粘结剂造粒；
(5)将步骤(4)制得的粒料放入模具中，在压机上以100~300MPa的压力压制出圆片或方片；
(6)将步骤(5)成型的圆片或方片放入烘箱中120℃烘1~6 h成为素片，然后将烘干的素片放入炉中排胶，以30~90℃/h的升温速率升温至500℃，再以90~120℃/h 的升温速率升温至500~800℃，并分别在270℃、360℃、500℃及800℃保温1~4 h，随炉冷却；
(7)将步骤(6)得到的素片放入烧结炉中，以120℃/h的升温速度到600℃保温2h，再以120℃/h的升温速度到1300-1350℃保温2-6h烧结，烧结后，随炉冷却到室温；
 (8)将步骤(7)制得的瓷片浸入25~85℃硅油中极化10~60分钟，极化电场为0.1~6kV/m，静止24 h后测性能。
本发明所得的压电陶瓷经检测：压电常数d33为420-600pC/N,平面机电耦合系数kp高达0.45-0.51，机械品质因数Qm为21-133，介电常数εr为3895-4843，介电损耗（tanδ）为0.5%-2.0%，已经达到部分商用的铅基压电陶瓷的性能，即具备部分替代铅基压电陶瓷的条件。
本发明的优点是：本发明 (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3-MαOβ无铅压电陶瓷，具有低烧结温度、优良的压电性能及综合性能。通过选择适当的配方及工艺参数，烧结温度在1300-1350℃适合于工业烧结温度，均可使该体系的陶瓷各项性能良好。
附图说明
图1为本发明实施例1样品的扫描电镜图片。
图2为本发明实施例2样品的X射线图谱。
具体实施方式
实施例1：
用分析纯级质量百分比含量99.9%BaTiO3、百分比含量99.0%TiO2、百分比含量99.0%ZrO2、百分比含量99.0%CaCO3，按化学计量比为0.9998(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3－0.0002CeO2进行配料；将配的原料放入球磨机中混料，加入无水乙醇作为介质；球磨时间为10 h，转速为400转/分钟，混合好的料压块在1250℃温度下预烧2 h，取出煅烧的料研碎，将得到的粉体按摩尔比0.0004CeO2改性添加剂以无水乙醇为介质再细磨5-10 h，干燥后加入3-5%的聚乙烯醇粘结剂造粒，在150MPa的压力下压制出圆片或者方片；在烧结时以120℃/h的升温速度到600℃保温2h，再以120℃/h的升温速率升至1330℃，保温4小时，然后随炉冷却，烧结完成后取出，涂敷低温银浆，600℃保温0.5小时制成电极；制得的瓷片浸入40℃硅油中极化15分钟，极化电场为2~4kV/mm；静止24h后测得性能为：       
 d33(PC/N)           Qm           kp             εr              tanδ
   540              36.107       0.512          4921.52          1.4%
实施例2：
制备方法中成分表达式为：0.9996(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3－0.0004CeO2，烧结温度是1320℃，其他同实施实例1，
性能测试：
d33(PC/N)         Qm           kp             εr             tanδ
  603            20.36       0.512          4842.5           1.2%
实施例3：
制备方法中成分表达式为0.9994(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3－0.0006CeO2，烧结温度是1320℃，其他同实施实例1，
性能：
  d33(PC/N)           Qm          kp             εr              tanδ
  560               40.95        0.49          4381.7           1.04%
实施例4：
制备方法中成分表达式：0.9992(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3－0.0008CeO2，烧结温度是1320℃，其他同实施实例1，
性能：
d33(PC/N)            Qm            kp          εr             tanδ
560              92.21       0.536        4463.6          0.86
实施例5：
制备方法中成分表达：0.999 (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3－0.001CeO2，烧结温度是1320℃，其他同实施实例1，
 性能：
  d33(PC/N)         Qm           kp             εr             tanδ
   477             132.5       0.447          3866.5           1.02%
实施例6：
制备方法中成分表达式：0.999(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3－0.001SmO2，烧结温度是1350℃，其他同实施实例1，
性能：
  d33(PC/N)         Qm           kp             εr             tanδ
    550            30.87        0.517          4645.5          1.34%
实施例7：
制备方法中成分表达式：0.998(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3－0.002SmO2，烧结温度是1350℃，其他同实施实例1，
性能：
  d33(PC/N)         Qm           kp             εr             tanδ
  420             82.15       0.451          3981.4          1.46%
实施例8：
制备方法中成分表达式：0.9996(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3－0.0004YbO2，烧结温度是1350℃，其他同实施实例1，
性能：
  d33(PC/N)         Qm           kp             εr             tanδ
    470           104.7       0.515         3895.4            2.1%
实施例9：
制备方法中成分表达式：0.9994(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3－0.0006YbO2，烧结温度是1350℃，其他同实施实例1，
性能：
  d33(PC/N)         Qm           kp             εr             tanδ
  530             45.52       0.498          4155.6           1.76%
实施例10：
制备方法中成分表达式：0.999(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3－0.001YbO2，烧结温度是1350℃，其他同实施实例1，
性能：
  d33(PC/N)         Qm           kp             εr             tanδ
   510            93.04       0.544          4461.4           1.24%
实施例11：
制备方法中成分表达式：0.999(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3－0.001NdO2，烧结温度是1340℃，其他同实施实例1，
性能：
  d33(PC/N)         Qm           kp             εr           tanδ
420           72.15       0.461          3581.4         1.76%

Claims (3)

1.一种低温烧结高压电性能的锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷，其特征是：该锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷的化学组成通式为 (1-x)(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3-XMαOβ，其中：0＜x＜0.01，MαOβ表示氧化物，以(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.9Ti0.1)O3为基体，以MαOβ为助烧剂，经传统制陶工艺烧制而成。
2.根据权利要求1所述的锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷，其特征是：所述MαOβ中的α和β分别表示相关氧化物中相应的元素M和氧的原子数；其M为Ce、Sm、Yb、Nd中的一种或几种元素。
3.权利要求1所述的锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷的制备方法，包括湿磨、烘干、预烧、加入助烧剂、二次球磨、造粒、压制成型、烧结、打磨、披银和硅油中极化，其特征是：无铅压电陶瓷在烧结时以120℃/h的升温速度到600℃保温2h，再以120℃/h的升温速度到1300-1350℃保温2-6h烧结，烧结后，随炉冷却到室温。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102910905A (zh) * 2012-10-24 2013-02-06 天津大学 一种低温烧结的锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN107032789A (zh) * 2017-03-24 2017-08-11 合肥羿振电力设备有限公司 一种高压电性能陶瓷材料及其制备方法
CN108083797A (zh) * 2018-01-24 2018-05-29 贵州理工学院 高机械品质因数锆钛酸钡钙基陶瓷及其低温烧结制备方法
CN108336218A (zh) * 2018-01-29 2018-07-27 长安大学 一种路用压电复合材料及其制备方法
CN114409402A (zh) * 2022-02-24 2022-04-29 江苏科技大学 一种电容器介质瓷料及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW365011B (en) * 1996-07-15 1999-07-21 Ind Teconology Res Inst Low temperature sintering method for high dielectric ceramic material
JP2000226255A (ja) * 1999-02-03 2000-08-15 Murata Mfg Co Ltd 誘電体セラミック組成物及びセラミック多層基板
KR20020012878A (ko) * 2000-08-09 2002-02-20 이형도 Ｙ5ｖ특성이 우수한 적층칩세라믹캐패시터용 파우더제조방법
JP2002338343A (ja) * 2001-05-17 2002-11-27 Tdk Corp 誘電体磁器組成物の製造方法および電子部品の製造方法
US6723673B2 (en) * 2000-08-31 2004-04-20 Mra Laboratories, Inc. High dielectric constant very low fired X7R ceramic capacitor, and powder for making
CN1623955A (zh) * 2004-11-16 2005-06-08 清华大学 中低温烧结的温度稳定型多层陶瓷电容器陶瓷材料
CN101935212A (zh) * 2010-09-09 2011-01-05 西北工业大学 一种锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷及其制备方法
CN102093046A (zh) * 2010-12-10 2011-06-15 厦门松元电子有限公司 一种BaO-Ln2O3-TiO2系微波电容器介质材料及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW365011B (en) * 1996-07-15 1999-07-21 Ind Teconology Res Inst Low temperature sintering method for high dielectric ceramic material
JP2000226255A (ja) * 1999-02-03 2000-08-15 Murata Mfg Co Ltd 誘電体セラミック組成物及びセラミック多層基板
KR20020012878A (ko) * 2000-08-09 2002-02-20 이형도 Ｙ5ｖ특성이 우수한 적층칩세라믹캐패시터용 파우더제조방법
US6723673B2 (en) * 2000-08-31 2004-04-20 Mra Laboratories, Inc. High dielectric constant very low fired X7R ceramic capacitor, and powder for making
JP2002338343A (ja) * 2001-05-17 2002-11-27 Tdk Corp 誘電体磁器組成物の製造方法および電子部品の製造方法
CN1623955A (zh) * 2004-11-16 2005-06-08 清华大学 中低温烧结的温度稳定型多层陶瓷电容器陶瓷材料
CN101935212A (zh) * 2010-09-09 2011-01-05 西北工业大学 一种锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷及其制备方法
CN102093046A (zh) * 2010-12-10 2011-06-15 厦门松元电子有限公司 一种BaO-Ln2O3-TiO2系微波电容器介质材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HU,X,LING ZY等: "Effective Sintering Aids of Boric Frit and Lithium Salts for Low-temperature Sintering of Dielectric Ceramics", 《FERROELECTRICS》, vol. 388, 31 December 2009 (2009-12-31) *
没有标明作者: "无铅压电材料锆钛酸钡钙诞生", 《无机盐工业》, vol. 42, no. 1, 31 January 2010 (2010-01-31), pages 36 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102910905A (zh) * 2012-10-24 2013-02-06 天津大学 一种低温烧结的锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN107032789A (zh) * 2017-03-24 2017-08-11 合肥羿振电力设备有限公司 一种高压电性能陶瓷材料及其制备方法
CN108083797A (zh) * 2018-01-24 2018-05-29 贵州理工学院 高机械品质因数锆钛酸钡钙基陶瓷及其低温烧结制备方法
CN108336218A (zh) * 2018-01-29 2018-07-27 长安大学 一种路用压电复合材料及其制备方法
CN114409402A (zh) * 2022-02-24 2022-04-29 江苏科技大学 一种电容器介质瓷料及其制备方法
CN114409402B (zh) * 2022-02-24 2022-10-14 江苏科技大学 一种电容器介质瓷料及其制备方法

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