CN102584227A - 稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷 - Google Patents
稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102584227A CN102584227A CN201210010669XA CN201210010669A CN102584227A CN 102584227 A CN102584227 A CN 102584227A CN 201210010669X A CN201210010669X A CN 201210010669XA CN 201210010669 A CN201210010669 A CN 201210010669A CN 102584227 A CN102584227 A CN 102584227A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rare earth
- earth oxide
- zirconate titanate
- barium calcium
- calcium zirconate
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明提供了一种稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷及其制备工艺，其分子式为Ba0.99-x Ca0.01Y x Ti0.98Zr0.02O3，其中x＝0～0.8%，本发明还公开了一种通过掺杂稀土氧化物钇将正交相向四方相转变峰前移，提高锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷压电性能温度稳定性的方法。本发明中的稀土氧化物钇掺杂锆钛酸钡钙陶瓷具有较高的温度稳定性，在无铅压电材料与器件领域有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于无铅压电材料领域，具体涉及一种稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷及其制备方法。
背景技术
长久以来，以锆钛酸铅(PZT)为代表的铅基压电陶瓷在商业应用上一直占据主导地位，但PZT陶瓷的铅含量高达60%以上，在制备、使用和废弃过程中对生态环境和人类健康造成严重危害，世界各国，如欧盟、美国和日本等先后立法，我国信息产业部也拟定了《电子信息产品污染防治管理办法》，禁止或限制铅在电子工业中的使用。因此，寻找能够代替PZT的无铅压电材料成为电子材料领域的紧迫任务之一。
迄今为止，最具应用潜力的无铅压电陶瓷体系主要有以下3类: (Bi0.5Na0.5)TiO3 (缩写为BNT)基无铅压电陶瓷；K1-x Na x NbO3 (缩写为KNN)基无铅压电陶瓷；BaTiO3(缩写为BT)基无铅压电陶瓷。然而，无铅压电陶瓷的压电活性相对较低，温度稳定性能较差，一直没有能够真正的替代PZT陶瓷。近年来，研究者通过探索改进制备工艺和在现有体系的基础上掺杂其他元素来提高材料性能。Y. Saito等采用反应模板晶粒生长(RTGG)制备织构KNN基无铅压电陶瓷，压电常数d 33最大可达416 pC/N (Y. Saito, H. Takao, T. Tani, T. Nonoyama, K. Takatori, T. Homma, T. Nagaya, and M. Nakamura[J]. Lead-free piezoceramics. Nature 2004, 432: 84–87)。赁敦敏等公布的公开号为CN 101239824A 的发明专利中，(1-z)(K1-x Na x )NbO3-zBa(Ti1-y Zr y )O3 陶瓷的d 33值达到234pC/N。根据PZT的研究经验，为了提高无铅压电陶瓷的压电性能，研究主要集中在三方－四方准同型相界上。然而研究表明，BT基压电陶瓷的准同型相界实际上是多晶型相变过程中的正交－四方两相共存，或者正交－四方－立方三相共存，即通过改变样品组分或烧结温度将样品的相变温度调节到室温附近，从而得到了室温下较高的压电性能。并且在多晶型相变过程中，随着温度的升高或降低，多晶相共存结构逐渐转变为单一晶相结构，高压电性能随之迅速降低。也就是说，多晶型相变存在的温度区间较窄，温度稳定性差，提高温度稳定性总是以降低样品的压电性能为代价的。据所查到的相关专利中，未见稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙陶瓷的制备和高压电活性的温度稳定性研究。
发明内容
本发明的目的是为了解决无铅压电陶瓷压电性能温度稳定性差的问题，提供一种稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙系陶瓷粉体及制备的陶瓷，以及其制备工艺，所述陶瓷在保持高压电性能的同时具有较好的温度稳定性。
本发明的方案是：一种稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷粉体，组分为Ba0.99-x Ca0.01Y x Ti0.98Zr0.02O3，其中x＝0～0.8%（优选的，x＝0.2～0.4%）。优选的，x＝0、0.2%、0.4%或0.8%。
所述的稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷粉体的制备工艺，按化学通式Ba0.99-x Ca0.01Y x Ti0.98Zr0.02O3中元素的化学计量比称取原料：BaCO3、CaCO3 、ZrO2、TiO2和Y2O3；将所有原料以无水乙醇为介质球磨10-14h，球磨所得浆料于80℃下保温8～12h 烘干粉料后，在1180～1230℃预烧4～6h，得到Ba0.99-x Ca0.01Y x Ti0.98Zr0.02O3粉体。
前面所述的制备工艺，优选的方案在于：球磨时间为10-14h，优选12h。
前面所述的制备工艺，优选的方案在于：预烧温度为1180～1230℃，优选为1200℃。
前面所述的制备工艺，优选的方案在于：预烧时间为4.5～5.5h，优选5h。
本发明还提供而来根据上述粉体制备的压电陶瓷，组分为Ba0.99-x Ca0.01Y x Ti0.98Zr0.02O3，其中x＝0～0.8%。优选的：x＝0、0.2%、0.4%或0.8%。
所述的稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷的制备工艺，是以前面所述的稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷粉体，添加5～8 wt％的PVB 造粒，在100～200MPa 的压强下压制成型（在100～200MPa 的压强下压制成直径10mm，厚度1mm的圆片）；将陶瓷充分排粘后，在空气中于1450～1550℃烧结4～6h，制备出稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙陶瓷。优选的方案在于：添加6 wt％的PVB 造粒，在150MPa的压强下压制成型；将陶瓷充分排粘后，在空气中于1500℃烧结5h，制备出稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙陶瓷。
本发明采用传统压电陶瓷制备技术和工业原料获得，该体系的主晶相为钙钛矿结构，具有良好的压电性能，材料的压电常数d 33均大于200pC/N，在温度范围20～80℃内变化率小于7%。压电性能的温度稳定性得较高，具有较好的应用前景。
本发明制备的Ba0.99-x Ca0.01Y x Ti0.98Zr0.02O3陶瓷材料，通过稀土氧化物钇掺杂将正交相向四方相转变峰前移，获得了较好的压电性能温度稳定性。压电常数d 33均大于200pC/N，在20～80℃内变化率小于7%。与未经稀土氧化物钇掺杂的Ba0.99Ca0.01Ti0.98Zr0.02O3无铅压电陶瓷（变化率为12%）相比，其压电性能的温度稳定性得到明显提高。本发明的制备工艺稳定可靠，非常有希望取代PZT 材料，在工业领域有很大的应用潜力。
附图说明
图1是实施例一至实施例四样品的XRD谱图。
图2是实施例一至实施例四样品的介电常数随温度变化关系图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例一：本实施例配方为Ba0.99-x Ca0.01Y x Ti0.98Zr0.02O3，其中x=0。
按该配方的化学计量比称取原料：BaCO3、CaCO3、ZrO2、和TiO2；将所称原料粉体以无水乙醇为介质球磨10h，球磨所得浆料于80℃下保温8h 烘干粉料后，在1180℃预烧6h，得到Ba0.99Ca0.01Ti0.98Zr0.02O3粉体；添加5 wt％的PVB 造粒，在100MPa 的压强下压制成直径10mm，厚度1mm的圆片；将陶瓷充分排粘后，在空气中于1450℃烧结4h，制备出锆钛酸钡钙陶瓷。
对获得的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷细磨加工，超声清洗后被银电极，测试陶瓷样品的温谱，在室温下极化20分钟，每升10℃后保温20分钟然后测试陶瓷样品的压电性能参数。
图1 给出了所得样品的XRD 图谱，可见Ba0.99Ca0.01Ti0.98Zr0.02O3材料为正交相和四方相共存钙钛矿结构。图2给出了所得样品的介电常数随温度变化关系图。其室温下压电常数d 33=380pC/N，在20～80℃内变化率为12%。
实施例2：本实施例配方为Ba0.99-x Ca0.01Y x Ti0.98Zr0.02O3，其中x=0.2%。
按该配方的化学计量比称取原料：BaCO3，CaCO3，ZrO2、TiO2和Y2O3；将所称原料粉体以无水乙醇为介质球磨12h，球磨所得浆料于80℃下保温12h 烘干粉料后，在1200℃预烧4h，得到Ba0.988Ca0.01Y0.002Ti0.98Zr0.02O3粉体；添加5wt％的PVB 造粒，在200MPa 的压强下压制成直径10mm，厚度1mm的圆片；将陶瓷充分排粘后，在空气中于1450℃烧结6h，制备出稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙陶瓷。
对获得的稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷细磨加工，超声清洗后被银电极，测试陶瓷样品的温谱，在室温下极化20分钟，每升10℃后保温20分钟然后测试陶瓷样品的压电性能参数。
图1 给出了所得样品的XRD 图谱，可见材料为四方相钙钛矿结构。图2给出了所得样品的温谱图。其室温下压电常数d 33=360pC/N，在20～80℃内变化率小于5%。
实施例3：本实施例配方为Ba0.99-x Ca0.01Y x Ti0.98Zr0.02O3，其中x=0.4%。
按该配方的化学计量比称取原料：BaCO3，CaCO3，ZrO2、TiO2和Y2O3；将所称原料粉体以无水乙醇为介质球磨14h，球磨所得浆料于80℃下保温14h 烘干粉料后，在1220℃预烧4.5h，得到Ba0.986Ca0.01Y0.004Ti0.98Zr0.02O3粉体；添加6 wt％的PVB 造粒，在150MPa 的压强下压制成型；将陶瓷充分排粘后，在空气中于1500℃烧结5h，制备出稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙陶瓷。
对获得的稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷细磨加工，超声清洗后被银电极，测试陶瓷样品的温谱，在室温下极化20分钟，每升10℃后保温20分钟然后测试陶瓷样品的压电性能参数。
图1 给出了所得样品的XRD 图谱，可见材料为四方相钙钛矿结构。图2给出了所得样品的温谱图。其室温下压电常数d 33=310pC/N，在20～80℃内变化率小于7%。
实施例4：本实施例配方为Ba0.99-x Ca0.01Y x Ti0.98Zr0.02O3，其中x=0.8%。
按该配方的化学计量比称取原料：BaCO3，CaCO3，ZrO2、TiO2和Y2O3；将所称原料粉体以无水乙醇为介质球磨13h，球磨所得浆料于80℃下保温12h 烘干粉料后，在1230℃预烧5h，得到Ba0.982Ca0.01Y0.008Ti0.98Zr0.02O3粉体；添加6 wt％的PVB 造粒，在150MPa 的压强下压制成直径10mm，厚度1mm的圆片；将陶瓷充分排粘后，在空气中于1550℃烧结5h，制备出稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙陶瓷。
对获得的稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷细磨加工，超声清洗后被银电极，测试陶瓷样品的温谱，在室温下极化20分钟，每升10℃后保温20分钟然后测试陶瓷样品的压电性能参数。
图1 给出了所得样品的XRD 图谱，可见材料为四方相钙钛矿结构。图2给出了所得样品的温谱图。其室温下压电常数d 33=240pC/N，在20～80℃内变化率小于7%。
Claims (10)
1.一种稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙陶瓷粉体，其特征在于：分子式为Ba0.99-x Ca0.01Y x Ti0.98Zr0.02O3，其中x＝0～0.8%。
2.根据权利要求1所述的稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷粉体，其特征在于：x＝0、0.2%、0.4%或0.8%。
3.根据权利要求1或2所述的稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷粉体的制备工艺，其特征在于：按化学通式Ba0.99-x Ca0.01Y x Ti0.98Zr0.02O3中元素的化学计量比称取原料：BaCO3、CaCO3、ZrO2、TiO2和Y2O3；将所有原料以无水乙醇为介质球磨10-15h，球磨所得浆料于80℃下保温8～12h 烘干粉料后，在1180～1230℃预烧4～6h，得到Ba0.99-x Ca0.01Y x Ti0.98Zr0.02O3粉体。
4.根据权利要求3所述的制备工艺，其特征在于：球磨时间为10-14h，优选12h。
5.根据权利要求3所述的稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷粉体的制备工艺，其特征在于：预烧温度为1180～1230℃，优选为1200℃。
6.根据权利要求3所述的稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷粉体的制备工艺，其特征在于：预烧时间为4.5～5.5h，优选5h。
7.一种稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷，其特征在于：组分为Ba0.99-x Ca0.01Y x Ti0.98Zr0.02O3，其中x＝0～0.8%。
8.根据权利要求7所述的稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷，其特征在于：x＝0、0.2%、0.4%或0.8%。
9.根据权利要求7或8所述的稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷的制备工艺，其特征在于：以权利要求1或2所述的稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷粉体，添加5～8 wt％的PVB 造粒，在100～200MPa 的压强下压制成型；将陶瓷充分排粘后，在空气中于1450～1550℃烧结4～6h，制备出稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙陶瓷。
10.根据权利要求9所述的制备工艺，其特征在于：添加6 wt％的PVB 造粒，在150MPa 的压强下压制成型；将陶瓷充分排粘后，在空气中于1500℃烧结5h，制备出稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙陶瓷。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210010669XA CN102584227A (zh) | 2012-01-16 | 2012-01-16 | 稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210010669XA CN102584227A (zh) | 2012-01-16 | 2012-01-16 | 稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102584227A true CN102584227A (zh) | 2012-07-18 |
Family
ID=46473567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210010669XA Pending CN102584227A (zh) | 2012-01-16 | 2012-01-16 | 稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102584227A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103214241A (zh) * | 2013-05-03 | 2013-07-24 | 聊城大学 | 一种钛酸钡基无铅压电发光材料及其制备方法 |
| CN105218091A (zh) * | 2015-08-26 | 2016-01-06 | 河南师范大学 | 镧钾共掺杂改性的锆钛酸钡基介电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN105390660A (zh) * | 2015-10-27 | 2016-03-09 | 苏州攀特电陶科技股份有限公司 | 钛氧化物基陶瓷电极及其制备方法 |
| CN112661508A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-04-16 | 西北大学 | 一种低烧高储能锆钛酸锶钡基陶瓷材料及其制备方法 |
| CN116477940A (zh) * | 2023-03-17 | 2023-07-25 | 电子科技大学 | 一种钛酸钇掺杂氧化锆陶瓷材料及其制备方法和应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1654420A (zh) * | 2005-01-04 | 2005-08-17 | 华南理工大学 | 片式电容器用介质陶瓷材料及其制备方法 |
| CN102093052A (zh) * | 2010-12-16 | 2011-06-15 | 厦门松元电子有限公司 | 一种钛酸钡基表面氧化层型陶瓷电容器介质材料及其制备方法 |
-
2012
- 2012-01-16 CN CN201210010669XA patent/CN102584227A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1654420A (zh) * | 2005-01-04 | 2005-08-17 | 华南理工大学 | 片式电容器用介质陶瓷材料及其制备方法 |
| CN102093052A (zh) * | 2010-12-16 | 2011-06-15 | 厦门松元电子有限公司 | 一种钛酸钡基表面氧化层型陶瓷电容器介质材料及其制备方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103214241A (zh) * | 2013-05-03 | 2013-07-24 | 聊城大学 | 一种钛酸钡基无铅压电发光材料及其制备方法 |
| CN105218091A (zh) * | 2015-08-26 | 2016-01-06 | 河南师范大学 | 镧钾共掺杂改性的锆钛酸钡基介电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN105390660A (zh) * | 2015-10-27 | 2016-03-09 | 苏州攀特电陶科技股份有限公司 | 钛氧化物基陶瓷电极及其制备方法 |
| CN112661508A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-04-16 | 西北大学 | 一种低烧高储能锆钛酸锶钡基陶瓷材料及其制备方法 |
| CN116477940A (zh) * | 2023-03-17 | 2023-07-25 | 电子科技大学 | 一种钛酸钇掺杂氧化锆陶瓷材料及其制备方法和应用 |
| CN116477940B (zh) * | 2023-03-17 | 2024-04-12 | 电子科技大学 | 一种钛酸钇掺杂氧化锆陶瓷材料及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102531578A (zh) | 一种钛酸钡钙-锆钛酸钡-锡钛酸钡三元系无铅压电陶瓷 | |
| CN102249659B (zh) | 一种高居里温度铁酸铋基无铅压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN105272244B (zh) | 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN102910902B (zh) | 一种bnt-bt-bkt基钙钛矿体系多元无铅压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN102503409A (zh) | 一种锡钛酸钡钙无铅压电陶瓷及其制备工艺 | |
| CN102584227A (zh) | 稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷 | |
| 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 | |
| CN102584195B (zh) | 一种铋基钙钛矿型无铅压电陶瓷及其低温制备方法 | |
| WO2017181912A1 (zh) | 无铅压电陶瓷材料和无铅压电元件 | |
| CN103771855A (zh) | 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷材料 | |
| CN104628379A (zh) | 高度取向的无铅压电织构陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
| CN105198411A (zh) | 大应变低驱动电场弛豫-铁电复合无铅压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN103373849A (zh) | 一种氧化铌掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷粉体材料 | |
| CN102167585A (zh) | 一种多元素掺杂钛酸铋基无铅压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN107602114B (zh) | 一种锆钛酸钡钙bczt压电陶瓷及其织构化制备方法 | |
| Zeng et al. | The (1-x) Ba0. 85Ca0. 15Zr0. 08Ti0. 92—xGe lead-free ceramics with high piezoelectric activity and ultrahigh dielectric constant | |
| CN101323522A (zh) | 一种无铅压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN102320828B (zh) | B位复合Bi基化合物组成的无铅压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN101219892A (zh) | 制备钛酸铋取向陶瓷的固相烧结工艺方法 | |
| CN103214241A (zh) | 一种钛酸钡基无铅压电发光材料及其制备方法 | |
| Bomlai et al. | Structural and electrical properties of (1-x)(Na0. 465K0. 465 Li0. 07) NbO3–x CaTiO3 lead-free piezoelectric ceramics with high Curie temperature | |
| CN102336567B (zh) | 钛镁酸铋－铋锌基钙钛矿－钛酸铅三元系高温压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN102584194B (zh) | 一种可在高温条件下使用的钙钛矿型无铅压电陶瓷及其制备方法 | |
| Luo et al. | The enhanced piezoelectric performance of Bi1/2Na1/2TiO3–BaTiO3 ceramics by Ba0. 77Ca0. 23TiO3 substitution | |
| CN101859869B (zh) | 高d33无铅压电陶瓷-聚合物-盐压电复合材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120718 |