CN105622094A - 一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法 - Google Patents
一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105622094A CN105622094A CN201410583533.7A CN201410583533A CN105622094A CN 105622094 A CN105622094 A CN 105622094A CN 201410583533 A CN201410583533 A CN 201410583533A CN 105622094 A CN105622094 A CN 105622094A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- preparation
- pbtio
- ceramic material
- presoma
- temperature
- 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
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明涉及压电陶瓷材料的制备技术领域，具体地说，涉及一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法。所述陶瓷材料的分子结构为（1-<i>x</i>）（0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3）-<i>x</i>PbTiO3，其中<i>x</i>=0.55~0.75；所述陶瓷材料的制备方法是将BiMnZnO3植入BiScO3-PbTiO3中合成BiScO3-BiMnZnO3-PbTiO3陶瓷。本发明工艺简单，具有与现行的固相反应工艺良好的兼容性，便于工业生产；在制得的陶瓷材料中，Bi-O和Mn-O构成氧八面体，四方结构，具有高稳定性和高可靠性，其380℃高温退火后的压电常数达到200pC/N，400℃的阻率为6×108Ω·m。
Description
技术领域
本发明涉及压电陶瓷材料的制备技术领域，具体地说，涉及一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法。
背景技术
钙钛矿结构压电陶瓷BiScO3-PbTiO3（BSPT）具有较高的居里温度(T c~450℃)，其应用温度可以到达200℃，其温度应用范围比商用广泛的PZT体系压电陶瓷高出100℃（PZT陶瓷的温度应用范围在100℃以下），并BSPT在其应用温度范围内能够保持较高的压电性能(d 33~450pC/N)，该压电性能跟商用的PZT陶瓷相近。因此，BSPT陶瓷可以在石油勘探、火焰探测、汽车尾气检测等传感器和换能器方面有教为突出的应用潜质。
目前，BSPT陶瓷在高温应用存在电阻率偏小的问题，这导致在高温输出信号的不稳定，电阻率作为陶瓷在电子元器件应用的一个重要参数应受到重点关注。特别是在高温条件下，压电陶瓷的电阻率对漏电和介电损耗影响明显，这也直接对高温状态下的陶瓷的稳定性产生影响。Zhang等（2005年，美国）采用固相法合成了锰掺杂BSPT陶瓷体系，研究了高温电阻、介电常数和压电行为，发现在450℃条件下该陶瓷体系的电阻率为7×107Ω·m（AppliedPhysicsLetters.2005,86:26290426.）。
在公开号为CN201210193860的发明专利中，公开了一种钛酸铋基高居里温度压电陶瓷及其制备方法，该体系陶瓷居里温度高温于450℃，但是，其压电常数较小低于20pC/N，信号输出需要采用叠片封装，这造成传感器的体积增加。美国专利US-2008/0134795A1描述了一种铋层状CaBi2Ni2-x M x O9高温压电陶瓷的居里温度超过500℃，但是其压电系数d 33小于10pC/N，而且其高温电阻率并没有涉及。
正如以上所介绍，高温压电器件构成的核心部件是高温压电陶瓷，其稳定性很大程度依赖于陶瓷的电阻率。空位和缺陷是导致高温电阻率升高的主要因素。BSPT高温压电陶瓷有远优于铋层状陶瓷的压电性能，高的介电常数，易烧结，适用于高温、低频电子整机的应用。但是，该材料缺点是高温电阻率小，从而限制了其实际应用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法，以解决上述的技术问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述陶瓷材料的分子结构为（1-x）（0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3）-xPbTiO3，其中x=0.55~0.75；所述陶瓷材料的制备方法是将BiMnZnO3植入BiScO3-PbTiO3中合成BiScO3-BiMnZnO3-PbTiO3陶瓷，具体包括如下步骤：
1、以Bi2O3、ZnO、MnO2为原料，在900~1000℃条件下合成BiMnZnO3前驱体；
2、以Bi2O3、Sc2O3、PbO为原料，在900~1000℃条件下合成BiScO3-PbTiO3前驱体；
3、将BiMnZnO3前驱体与BiScO3-PbTiO3前驱体混合，以无水乙醇为介质充分球磨后，装入刚玉坩埚内进行预合成，再经成型，制得BiScO3-BiMnZnO3-PbTiO3陶瓷材料。
有益效果：与现有技术相比，本发明工艺简单，具有与现行的固相反应工艺良好的兼容性，便于工业生产；在制得的陶瓷材料中，Bi-O和Mn-O构成氧八面体，四方结构，具有高稳定性和高可靠性，其380℃高温退火后的压电常数达到200pC/N，400℃的阻率为6×108Ω·m。
附图说明
图1是本发明所述陶瓷材料的陶瓷介电常数随温度的变化曲线；
图2是本发明所述陶瓷材料的退火温度与压常数的变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
本实施例所述的高电阻率的高温压电陶瓷材料，其分子式为(1-x)(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-xPbTiO3，其中，x=0.68，Bi2O3、Sc2O3、MnO2、ZnO为分析纯。制备方法是将BiMnZnO3植入BiScO3-PbTiO3中合成0.32(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-0.68PbTiO3陶瓷，具体包括如下步骤：
1、制备BiMn0.5Zn0.6O3前驱体；以分析纯Bi2O3、MnO2、ZnO为原料，按照BiMn0.5Zn0.6O3的化学计量比配料，在无水乙醇介质中球磨8小时烘干，烘干温度为55℃，烘干时间为10小时，烘干后在920℃高温下预烧6小时获得BiMn0.5Zn0.6O3前驱体；
2、制备BiScO3-PbTiO3前驱体，以分析纯Bi2O3、Sc2O3、TiO2、PbO为原料，按照0.32BiScO3-0.68PbTiO3的化学计量比配料，在950℃条件下合成BiScO3-PbTiO3前驱体；
3、混料与成型：将BiMn0.5Zn0.6O3前驱体和0.32BiScO3-0.68PbTiO3前驱体按照化学计量比混合，以无水乙醇为介质充分球磨12小时，添加8%的PVB造粒，在20MPa的压强下压制成型为陶瓷坯体；
4、烧结：对陶瓷坯体烧结，得到0.32(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-0.68PbTiO3陶瓷，烧结温度为1100℃，烧结时间为2小时。
对所获得的0.32(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-0.68PbTiO3陶瓷打磨抛光被银后，采用高温银浆涂覆电极，在750℃烧银20分钟，老化24小时后，进行电学性能测试，测试结果参见表1。
实施例2：
本实施例所述的高电阻率的高温压电陶瓷材料，其分子式为(1-x)(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-xPbTiO3，其中，x=0.70，Bi2O3、Sc2O3、MnO2、ZnO为分析纯。制备方法是将BiMnZnO3植入BiScO3-PbTiO3中合成0.30(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-0.70PbTiO3陶瓷，具体包括如下步骤：
1、制备BiMn0.5Zn0.6O3前驱体：以分析纯Bi2O3，MnO2，ZnO分析纯为原料，按照BiMn0.5Zn0.6O3的化学计量比配料，在无水乙醇介质中球磨8小时烘干，烘干温度为55℃，烘干时间为10小时，烘干后在920℃预烧6小时获得BiMn0.5Zn0.6O3前驱体；
2、制备BiScO3-PbTiO3前驱体：以分析纯Bi2O3、Sc2O3、TiO2、PbO为原料，照0.30BiScO3-0.70PbTiO3的化学计量比配料在950℃条件下合成BiScO3-PbTiO3前驱体；
3、混料与成型：将BiMn0.5Zn0.6O3前驱体和0.32BiScO3-0.68PbTiO3前驱体按照化学计量比混合，以无水乙醇为介质充分球磨球磨时间12小时，添加8%的PVB造粒，在20MPa的压强下压制成型为陶瓷坯体；
4、烧结：对陶瓷坯体烧结，得到0.30(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-0.70PbTiO3陶瓷，烧结温度为1120℃，烧结时间为2小时。
对所获得的0.30(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-0.70PbTiO3陶瓷打磨抛光被银后，采用高温银浆涂覆电极，在750℃烧银20分钟，老化24小时后，进行电学性能测试，测试结果参见表1。
实施例3：
本实施例是一种高电阻率的高温压电陶瓷，其配方为(1-x)(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-xPbTiO3，其中，x=0.72，以Bi2O3、Sc2O3、MnO2、ZnO为分析纯；制备方法是将BiMnZnO3植入BiScO3-PbTiO3中合成0.28(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-0.72PbTiO3陶瓷，具体包括如下步骤：
1、制备BiMn0.5Zn0.6O3前驱体：以分析纯Bi2O3、MnO2、ZnO为原料，按照BiMn0.5Zn0.6O3的化学计量比配料，在无水乙醇介质中球磨8小时烘干，烘干温度为55℃，烘干时间为10小时，烘干后在920℃预烧6小时获得前驱体；
2、制备BiScO3-PbTiO3前驱体：以分析纯Bi2O3、Sc2O3、TiO2、PbO为原料，照0.28BiScO3-0.72PbTiO3的化学计量比配料在950℃条件下合成BiScO3-PbTiO3前驱体；
3、混料与成型：将BiMn0.5Zn0.6O3前驱体和0.32BiScO3-0.68PbTiO3前驱体按照化学计量比混合，以无水乙醇为介质充分球磨时间12小时，添加8%的PVB造粒，在20MPa的压强下压制成型为陶瓷坯体；
4、烧结：对陶瓷坯体烧结，得到0.28(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-0.72PbTiO3陶瓷，烧结温度为1120℃，烧结时间为2小时。
对所获得的0.28(0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3)-0.72PbTiO3陶瓷打磨抛光被银后，采用高温银浆涂覆电极，在750℃烧银20分钟，老化24小时后，进行电学性能测试，测试结果参见表1。
表1实施例1~3中的电学性能测试结果
Claims (1)
1.一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述陶瓷材料的分子结构为（1-x）（0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3）-xPbTiO3，其中x=0.55~0.75；所述陶瓷材料的制备方法是将BiMnZnO3植入BiScO3-PbTiO3中合成BiScO3-BiMnZnO3-PbTiO3陶瓷，具体包括如下步骤：
（1）以Bi2O3、ZnO、MnO2为原料，在900~1000℃条件下合成BiMnZnO3前驱体；
（2）以Bi2O3、Sc2O3、PbO为原料，在900~1000℃条件下合成BiScO3-PbTiO3前驱体；
（3）将BiMnZnO3前驱体与BiScO3-PbTiO3前驱体混合，以无水乙醇为介质充分球磨后，装入刚玉坩埚内进行预合成，再经成型，制得BiScO3-BiMnZnO3-PbTiO3陶瓷材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410583533.7A CN105622094A (zh) | 2014-10-28 | 2014-10-28 | 一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410583533.7A CN105622094A (zh) | 2014-10-28 | 2014-10-28 | 一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105622094A true CN105622094A (zh) | 2016-06-01 |
Family
ID=56037491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410583533.7A Pending CN105622094A (zh) | 2014-10-28 | 2014-10-28 | 一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105622094A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111269009A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-12 | 北京大学 | 一种锆锰酸铋-钪酸铋-钛酸铅系压电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN113402273A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-17 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种修饰改性的钛酸铅基高温压电陶瓷及其制备方法 |
| CN116063072A (zh) * | 2023-01-16 | 2023-05-05 | 西安电子科技大学 | 一种高温压电陶瓷异质结材料及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102180665A (zh) * | 2011-03-07 | 2011-09-14 | 广州金升阳科技有限公司 | 一种钪酸铋—钛酸铅高温压电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN102924079A (zh) * | 2012-11-06 | 2013-02-13 | 南京航空航天大学 | 一种三元体系压电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN103408303A (zh) * | 2013-08-13 | 2013-11-27 | 江苏大学 | 一种高稳定高压电性能压电陶瓷材料 |
-
2014
- 2014-10-28 CN CN201410583533.7A patent/CN105622094A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102180665A (zh) * | 2011-03-07 | 2011-09-14 | 广州金升阳科技有限公司 | 一种钪酸铋—钛酸铅高温压电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN102924079A (zh) * | 2012-11-06 | 2013-02-13 | 南京航空航天大学 | 一种三元体系压电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN103408303A (zh) * | 2013-08-13 | 2013-11-27 | 江苏大学 | 一种高稳定高压电性能压电陶瓷材料 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 石维 等: ""BiYbO3固溶极限对BSPT压电陶瓷结构和电学性能的影响"", 《无机材料学报》 * |
| 石维 等: ""低Sc含量BZSPTx高温压电陶瓷的结构和介温特性"", 《硅酸盐学报》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111269009A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-12 | 北京大学 | 一种锆锰酸铋-钪酸铋-钛酸铅系压电陶瓷材料及其制备方法 |
| CN113402273A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-17 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种修饰改性的钛酸铅基高温压电陶瓷及其制备方法 |
| CN113402273B (zh) * | 2021-05-31 | 2022-05-10 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种修饰改性的钛酸铅基高温压电陶瓷及其制备方法 |
| CN116063072A (zh) * | 2023-01-16 | 2023-05-05 | 西安电子科技大学 | 一种高温压电陶瓷异质结材料及其制备方法 |
| CN116063072B (zh) * | 2023-01-16 | 2023-09-22 | 西安电子科技大学 | 一种高温压电陶瓷异质结材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4878133B2 (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| CN111302797B (zh) | 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN103172374B (zh) | 压电陶瓷和压电元件 | |
| CN102180665A (zh) | 一种钪酸铋—钛酸铅高温压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN102924082A (zh) | 锰掺杂铌镍-锆钛酸铅压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN106518070B (zh) | 一种多元系高压电活性压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| US20140339458A1 (en) | Piezoelectric ceramic and piezoelectric device containing the same | |
| US20100133959A1 (en) | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric device | |
| CN103360068A (zh) | 锰锑掺杂的锆钛酸铅压电陶瓷 | |
| CN105622094A (zh) | 一种高电阻率高温压电陶瓷材料的制备方法 | |
| KR20120136143A (ko) | 저온 소결용 압전체의 제조방법 및 이를 이용한 압전체 | |
| CN109503157B (zh) | 一种高致密度高压电常数的压电陶瓷 | |
| CN103408303A (zh) | 一种高稳定高压电性能压电陶瓷材料 | |
| CN113213918B (zh) | 兼具高压电性能和低损耗的钛酸锶铋—钪酸铋—钛酸铅系高温压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN106518071A (zh) | 一种高居里温度，高温度稳定性的压电陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
| CN104230333B (zh) | 一种高温压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| US7808161B2 (en) | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric device | |
| CN101941840A (zh) | 制备铌镍-锆钛酸铅压电陶瓷的b位氧化物前驱体方法 | |
| CN105645955A (zh) | 四方相钛镁酸铋-钛酸铅基压电陶瓷的制备方法 | |
| CN103524129B (zh) | 一种超声发射型换能器用压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN107056281B (zh) | 一种高应变钛酸铋钠基陶瓷及其制备方法 | |
| CN115894020A (zh) | 一种高压电系数的pmnzt基压电陶瓷及其制备方法和应用 | |
| CN101982441A (zh) | 一种掺杂Ca2+的铋层状压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN102503422B (zh) | 一种钛铌镁铟酸铅热释电陶瓷及制备方法 | |
| CN103539447B (zh) | 一种低温烧结的压电陶瓷材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160601 |