CN112457004B - 可用于500℃以下振动测量的sbt基压电陶瓷及其制备方法与应用 - Google Patents
可用于500℃以下振动测量的sbt基压电陶瓷及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112457004B CN112457004B CN202011410770.5A CN202011410770A CN112457004B CN 112457004 B CN112457004 B CN 112457004B CN 202011410770 A CN202011410770 A CN 202011410770A CN 112457004 B CN112457004 B CN 112457004B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piezoelectric ceramic
- sbt
- temperature
- based piezoelectric
- ball milling
- 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.)
- Active
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 243
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 64
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 20
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 114
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 50
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 47
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 47
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 45
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 43
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 43
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 32
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 27
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 26
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 23
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 23
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 22
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 claims description 18
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 17
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 15
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 claims description 13
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 12
- 229910000018 strontium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 7
- WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N bismuth(iii) oxide Chemical compound O=[Bi]O[Bi]=O WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012700 ceramic precursor Substances 0.000 claims description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 4
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 4
- CJJMLLCUQDSZIZ-UHFFFAOYSA-N oxobismuth Chemical compound [Bi]=O CJJMLLCUQDSZIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 claims description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 2
- LEDMRZGFZIAGGB-UHFFFAOYSA-L strontium carbonate Chemical compound [Sr+2].[O-]C([O-])=O LEDMRZGFZIAGGB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009740 moulding (composite fabrication) Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 41
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 39
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 39
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 33
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 20
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 19
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 19
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 18
- -1 i.e. Substances 0.000 description 18
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 17
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 17
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 description 12
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 11
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 10
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 10
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 10
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 10
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- BDAGIHXWWSANSR-NJFSPNSNSA-N hydroxyformaldehyde Chemical compound O[14CH]=O BDAGIHXWWSANSR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 9
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 9
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 9
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 9
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 9
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 8
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 7
- 239000000306 component Substances 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 6
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 5
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 3
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000007088 Archimedes method Methods 0.000 description 1
- 241001198704 Aurivillius Species 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
- C04B35/462—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
- C04B35/475—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on bismuth titanates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
- C04B41/5116—Ag or Au
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
- C04B41/88—Metals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
- G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/09—Forming piezoelectric or electrostrictive materials
- H10N30/093—Forming inorganic materials
- H10N30/097—Forming inorganic materials by sintering
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
- H10N30/8561—Bismuth-based oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
- C04B2235/3213—Strontium oxides or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
- C04B2235/3229—Cerium oxides or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3241—Chromium oxides, chromates, or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3262—Manganese oxides, manganates, rhenium oxides or oxide-forming salts thereof, e.g. MnO
- C04B2235/3267—MnO2
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3298—Bismuth oxides, bismuthates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc bismuthate
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷及其制备方法与应用，该压电陶瓷组分组成由通式Sr1‑3x/2AxBi4Ti4O15+y wt％MαOβ表示，通式中，A为Gd或Ce中的一种，MαOβ为MnO2、Cr2O3、Gd2O3或CeO2中的一种，y wt％表示对应组分占Sr1‑3x/2AxBi4Ti4O15的质量百分比；x、y取值分别为：x＝0～0.1，y＝0～0.5，x、y取值不同时为0。该SBT基压电陶瓷采用传统的固相烧结法经过球磨、煅烧、成型、烧结和极化等工艺过程制备而成，可应用于振动测量器件中。该SBT基压电陶瓷具有高的居里温度、压电系数以及低的介电常数温度系数，同时还具有优异的温度稳定性，可以采用普通化学纯级原料经传统的电子陶瓷制备技术获得，工艺成熟，流程简单，易于实现，有利于工业化规模生产。
Description
技术领域
本发明属于材料科学与工程领域，具体涉及一种可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷及其制备方法与应用。
背景技术
航空发动机在其研发阶段需要对整个装备的运转状态进行监测和分析，通过振动测量器件采集振动信号进行必要的频谱处理以及包络处理，来判断发动机的结构缺陷(如转子不平衡等)以及潜在威胁。但发动机在运转状态下的温度很高(如压气机外壳、附件机匣等位置的温度通常在200℃以上)，某些内核部位(如燃烧室附近)往往会超过300℃，需要装载可耐高温的振动测量器件用于发动机振动状态的监测。燃气轮机由于其工作条件恶劣、各类故障频发使得其运行安全性与稳定性也受到极大的关注，而其中以燃机高温部件最具代表性，也亟需耐高温的振动测量器件对这些高温部件进行振动监测来提前发现故障早期征兆。
压电加速度传感器作为常用的耐高温振动测量器件，其核心部件是其敏感元件——压电陶瓷。一般而言，压电陶瓷材料的服役温度往往被限制在其居里温度(Tc)的3/5以下。对于压电陶瓷这类铁电多晶材料而言，随着环境温度的升高，固有偶极子的取向变化会导致介电常数逐渐增大，进一步导致压电系数发生漂移。因此，为了使传感器能够在300℃以上的高温环境下正常工作，迫切需要居里温度(Tc)高于500℃且具有高压电系数(d33≧14pC/N)和低介电常数温度系数(TKε/500℃≦10-2/℃)的压电陶瓷。
铋层状结构铁电体(BLSF)在1949年由Aurivillius首次合成，其有趣的层状结构和高居里温度引起了科研工作者的广泛关注。BLSF的结构通式为(Bi2O2)2+(An-1BnO3n+1)2-，它的结构是由铋氧层(Bi2O2)2+和类钙钛矿层(An-1BnO3n+1)2-沿晶轴c方向交替排列而成，其中A为为+1、+2或+3价离子，B位为+4、+5或+6价离子，n是类钙钛矿层中BO6八面体的个数(通常，n＝1，2，3，4，5)。BLSF压电陶瓷的种类繁多，既有Tc～110℃的BaBi2Ta2O9，也有Tc～525℃的SrBi4Ti4O15，还有Tc～940℃的CaBi2Nb2O9。同时，不同BLSF压电陶瓷的压电性能也不同，纯组分的d33通常在4～10pC/N范围内。然而，对于压电陶瓷而言，压电性能和居里温度通常此消彼长，难以兼顾。
综上所述，研究居里温度(Tc)高于500℃且具有高压电系数和低介电常数温度系数的压电陶瓷材料，对于重大技术装备振动测量器件，尤其是耐高温的压电加速度传感器的应用具有重要意义。
发明内容
针对目前BLSF压电陶瓷压电性能和居里温度通常此消彼长、难以兼顾，难以满足现有高温部件振动监测的要求，本发明的目的之一在于提供一种可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，该压电陶瓷以SrBi4Ti4O15(SBT)为基础配方，通过掺杂改性和固相烧结制备而得，其兼具高居里温度和高压电系数，并且介电常数温度系数很低，具有优异的温度稳定性。
本发明的第二个目的是提供上述可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷制备方法，通过对SBT基压电陶瓷的A位进行高价离子取代，并引入特性氧化物进入晶体的铋氧层中以形成缺陷偶极子，从而优化压电陶瓷的电学性能。
本发明的第三个目的在于提供上述SBT基压电陶瓷在工作温度为500℃以下的振动测量器件中的应用。
为达到上述目的，本发明的发明思路为：SrBi4Ti4O15(SBT)压电陶瓷是一种典型的层状钙钛矿铁电材料(n＝4)，其晶体构造特征如图1所示，两个相邻的铋氧层(Bi2O2)2+之间夹着4个钙钛矿层(An-1BnO3n+1)2-。本发明首先选用Gd3+或Ce4+高价态金属离子对其钙钛矿层A位的Sr2+进行取代置换，造成晶体结构畸变以提高SBT的居里温度；再引入特性氧化物(MαOβ)进入晶体的铋氧层中以形成缺陷偶极子，利用其取向极化效应来提高SBT的压电性能和温度稳定性。采用传统的固相烧结法经过球磨、煅烧、成型、烧结和极化等工艺过程制备得到一系列具有高居里温度(Tc≥530℃)和高压电系数(d33≥14pC/N)以及低介电常数温度系数(TKε≤8×10-3/℃)的SBT基压电陶瓷。
本发明提供的可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，该压电陶瓷组分组成如下通式所示：
Sr1-3x/2AxBi4Ti4O15+y wt％MαOβ
通式中，A为Gd或Ce中的一种，MαOβ为MnO2、Cr2O3、Gd2O3或CeO2中的一种，y wt％表示对应组分占Sr1-3x/2AxBi4Ti4O15的质量百分比；
x、y取值分别为：x＝0～0.1，y＝0～0.5，x、y取值不同时为0。
本发明提供的可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，采用高价离子Gd3+或Ce4+对SBT类钙钛矿层结构A位的Sr2+进行施主取代，降低了钙钛矿层结构的容忍因子，从而有效提高了SBT的居里温度；同时引入特性氧化物(MαOβ)进入SBT铋氧层中以形成缺陷偶极子，优化了SBT的微畴特性，利用缺陷偶极子的取向极化效应来提高SBT的压电性能和温度稳定性。
上述可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，优选地，x、y取值分别为：当A为Gd时，x＝0.053；当A为Ce时，x＝0.04；y＝0或0.2。进一步优选，A为Gd，MαOβ为Cr2O3，Sr0.92Gd0.053Bi4Ti4O15+0.2wt％Cr2O3(SGBT+Cr)组分的SBT基压电陶瓷具有高的压电系数(d33＝28pC/N)和低介电常数温度系数(TKε＝4.54×10-3/℃)；同时，还具有足够高的居里温度(Tc＝555℃)。此外，SGBT+Cr压电陶瓷作为敏感元件制作的中心压缩式压电加速度传感器，在-55～482℃范围内的灵敏度变化幅度小于5％，相对于国内外同类型传感器产品具有更高的温度稳定性。
本发明提供了一种上述可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷的制备方法，包括以下工艺步骤：
(1)配料/球磨：以SrCO3、Bi2O3、TiO2、Gd2O3、CeO2为原料，根据化学通式Sr1-3x/ 2AxBi4Ti4O15确定的各组分配方量进行称量配料，将配好的原料进行球磨，充分球磨后经干燥处理得到干粉料，将干粉料在800～900℃下保温敞开煅烧2～4h，保温结束后冷却至室温，得到SBT基压电陶瓷前驱体；
将所得SBT基压电陶瓷前驱体精确称重，按其质量(即Sr1-3x/2AxBi4Ti4O15质量)的ywt％再添加MnO2、Cr2O3、Gd2O3或CeO2中的0～1种原料(即“+y wt％MαOβ”)，充分球磨后经干燥处理得到SBT基压电陶瓷粉料；
(2)造粒/成型：向步骤(1)所得SBT基压电陶瓷粉料中加入质量浓度为5～10wt％的聚乙烯醇溶液进行造粒得到粒料，并将所得粒料用模具压制成型，得到SBT基压电陶瓷坯体；
(3)排胶/烧结：将步骤(2)得到的SBT基压电陶瓷坯体排胶后在1050～1250℃下保温密闭烧结1～4h，保温结束后冷却至室温，得到SBT基压电陶瓷片；
(4)被银/极化：将步骤(3)所得SBT基压电陶瓷片表面涂覆银浆后，在600～800℃保温5～15min，保温结束后冷却至室温，然后将被银后的SBT基压电陶瓷片放入硅油中进行极化，带电降至室温后，得到SBT基压电陶瓷元件。
上述可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷的制备方法，步骤(1)中，球磨的目的在于将原料粉碎并混合均匀，可采用本领域常用球磨工艺，如以无水乙醇为球磨介质采用滚动球磨法进行研磨。需要说明的是，当x＝0时，即不添加Gd2O3和CeO2中的任一种。本发明中所述球磨优选以无水乙醇为分散介质，在转速为100～500rpm的行星球磨机上球磨5～12h。干燥处理的目的是去除球磨加入的分散介质，同样采用本领域常规干燥处理工艺即可。本发明中所述干燥是将球磨后的浆料在鼓风干燥箱中烘干至恒重。需要说明的是，当y＝0时，即不添加MnO2、Cr2O3、Gd2O3或CeO2中的任一种，则SBT基压电陶瓷前驱体称取合适质量后，直接进行二次球磨即可。此外，干粉料是以2～8℃/min升温速度升温至800～900℃敞开煅烧。
上述可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷的制备方法，结构陶瓷的成型方法有多种，干压成型是最常用的方法，其工艺过程控制相对于其他方法较为简单、容易掌握。由于结构陶瓷的原料粉体均属瘠性且颗粒粒度很细，用于干压成型时一般均需添加胶粘剂(塑化剂)并进行造粒处理，才能具有良好的成型性能。因此，步骤(2)中，造粒及干燥成型工艺可采用本领域常规的胶粘剂以及处理参数。在本发明中，优选以浓度5～10wt.％的聚乙烯醇(PVA)水溶液作为胶粘剂，充分混合形成具有一定粒度级配并且流动性良好的球形颗粒即粒料。所述粒料在8～15MPa下压制成
的圆片型坯体。
上述可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷的制备方法，因在陶瓷成形时加入了较多的胶黏剂，烧成时，坯体中大量的有机物熔融、分解、挥发，会导致坯体变形、开裂，同时有机物含碳量多，当氧气不足形成还原气氛时，会影响烧结质量。因此，需要在坯体烧成前在一定温度下保温一段时间使胶粘剂分解、排出干净，以保证产品的形状、尺寸和质量的要求。排胶阶段控制不当会引起变形、裂纹等缺陷。排胶可以根据步骤(2)所添加的胶黏剂等实际情况，采用本领域常规的排胶工艺方法。本发明中，步骤(3)中所述排胶优选以1℃/min升温速度升温至80～120℃下保温1～4h排除水分，然后以2℃/min升温速度升至550～700℃下保温1～4h排出胶粘剂。进一步地，所述烧结是以3～7℃/min升温速度升至1000℃，再以1～3℃/min的升温速度升至1050～1250℃下保温烧结1～4h。
上述可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷的制备方法，步骤(4)中，被银是指在陶瓷表面烧渗一层银。被银工艺主要包括涂覆银浆和烧银。涂覆银浆的方法很多，如手工、机械、浸涂或丝网印刷，本发明中优选采用丝网印刷涂覆银浆，涂覆银浆后，优选以3～7℃/min升温速度升温至600～800℃。
上述可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷的制备方法，压电陶瓷必须经过极化之后才具有压电性能，所谓极化是在压电陶瓷上加一强直流电场，使陶瓷中的电畴沿电场方向取向排列。极化的具体数值可以根据材料组成及制品尺寸而定。本发明中，步骤(4)中所述极化条件优选为：在100～200℃的硅油中，电场强度为6～12kV/mm，保压时间为15～45min。
本发明还提供了上述SBT基压电陶瓷在工作温度为500℃以下的振动测量器件中的应用。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明提供的可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，通过采用高价态离子Gd3+和Ce4+对SBT类钙钛矿层结构A位的Sr2+进行施主取代，降低了钙钛矿层结构的容忍因子，从而有效提高了SBT的居里温度；再引入特性氧化物(MαOβ)进入晶体的铋氧层中以形成缺陷偶极子，利用其取向极化效应有效提高了SBT的压电性能和温度稳定性，该SBT基压电陶瓷具有高的居里温度、压电系数以及低的介电常数温度系数，同时还具有优异的温度稳定性，其居里温度Tc≥530℃，压电系数d33≥14pC/N，低介电常数温度系数TKε≤8×10-3/℃，以该SBT基压电陶瓷作为敏感元件设计制作的中心压缩式压电加速度传感器在-55～482℃范围内的灵敏度变化幅度可小于5％。
(2)本发明提供的可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，可以采用工业原料经传统陶瓷制备技术获得，工艺成熟，流程简单，易于实现，有利于工业化规模生产。
(3)本发明提供的可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷的制备方法，创新地采用两步合成法在SBT基体中先后引入掺杂元素和添加剂，避免了多种晶格离子占位引发的离子无序化，从而显著降低了SBT的介电常数温度系数；而在预烧成相的SBT基压电陶瓷前驱体中添加两性氧化物MnO2、Cr2O3、Gd2O3和CeO2，优化调控了SBT的化学组分和微畴特性，从而大幅提升了SBT的压电系数。
(4)本发明提供的可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，具有高的居里温度、压电系数和低的介电常数温度系数，以及优异的温度稳定性，且对环境友好，可在耐高温振动测量仪器中获得应用，比如最高工作温度为482℃的压电式加速度传感器，对重大技术装备健康诊断技术的发展具有重大意义。
附图说明
图1为SrBi4Ti4O15(SBT)压电陶瓷的晶体结构示意图。
图2为实施例1～8制备的SBT基压电陶瓷片的实物图。
图3为实施例2、3、6、7、9制备的SBT基压电陶瓷的X-射线衍射图谱。
图4为实施例1～8制备的SBT基压电陶瓷的介电温谱：其中(a)为SGBT；(b)为SGBT+Mn；(c)为SGBT+Cr；(d)为SGBT+Ce；(e)为SCBT；(f为)SCBT+Mn；(g)为SCBT+Cr；(h)为SCBT+Gd。
图5为实施例2、3、6、7制备的SBT基压电陶瓷的介电常数温度系数变化图。
图6为实施例2、3、6、7制备的SBT基压电陶瓷的谐振频谱：其中，(a)为SGBT+Mn；(b)为SGBT+Cr；(c)为SCBT+Mn；(d)为SCBT+Cr。
图7为应用例中的中心压缩式压电加速度传感器的设计模型结构示意图。
图8为应用例中的中心压缩式压电加速度传感器的灵敏度随温度的变化图及该传感器附带电缆的实物图。
附图标记说明：1、外壳；2、底座；3、预紧螺母；4、质量块；5、绝缘陶瓷片；6、压电陶瓷片；7、导电片；8、接插件；9、安装孔。
具体实施方式
以将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明。
实施例1
本实施例中可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其制备方法包括以下步骤：
(1)配料/球磨
先将分析纯级的化学原料：碳酸锶(SrCO3)、氧化铋(Bi2O3)、二氧化钛(TiO2)和掺杂剂：氧化钆(Gd2O3)，按化学式Sr0.92Gd0.053Bi4Ti4O15计算的用量配比进行精确称量配料，将配好的原料放入聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨6h，转速为300rpm。取出浆料在鼓风干燥箱中烘干后放入刚玉坩埚中，置于箱式高温炉中以5℃/min的升温速度升温至850℃后保温4h。随炉自然冷却至室温后得到SGBT前驱体；
将得到SGBT前驱体再次放入聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨12h，转速为300rpm。取出浆料在鼓风干燥箱中烘干，得到SGBT粉料。
(2)造粒/成型
在所得SGBT粉料中加入适量浓度8wt％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为胶粘剂，充分混合形成具有一定粒度级配并且流动性良好的球形颗粒，过40目筛网后取适量颗粒放入不锈钢模具中，在粉末干压成型机上10MPa下压制成
的圆片型坯体，得到SGBT压电陶瓷坯体。
(3)排胶/烧结
将所得SGBT压电陶瓷坯体放入排胶炉中，先以1℃/min的升温速度升温至120℃并恒温1h排除水分，然后以2℃/min的升温速度升至650℃并保温2h排出胶粘剂；随炉自然冷却至室温后取出坯体放入箱式高温炉中，先以5℃/min的升温速度升至1000℃，然后以2℃/min的升温速度升至1100℃保温2h烧结成瓷，保温结束后冷却至室温，得到SGBT压电陶瓷片。
(4)被银/极化
将所得SGBT压电陶瓷片碾磨抛光至厚度0.45mm，丝网印刷上高温银浆后放入烧银炉中，以8℃/min的升温速度升温至700℃保温10min制成电极，保温结束后冷却至室温，将被银后的SGBT压电陶瓷片放入150℃的硅油中进行极化，电场强度10kV/mm，保压时间30min，带电降至室温后取出，得到SGBT压电陶瓷元件。
实施例2
本实施例中可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其制备方法包括以下步骤：
(1)配料/球磨
将分析纯级的化学原料：碳酸锶(SrCO3)、氧化铋(Bi2O3)、二氧化钛(TiO2)和掺杂剂：氧化钆(Gd2O3)，按化学式Sr0.92Gd0.053Bi4Ti4O15计算的用量配比进行精确称量配料，将配好的原料放于聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨6h，转速为300rpm。取出浆料在鼓风干燥箱中烘干后放入刚玉坩埚中，置于箱式高温炉中以5℃/min的升温速度升温至850℃后保温4h，随炉自然冷却至室温后取出，得到SGBT前驱体。
将所得SGBT前驱体精确称重，按其质量的0.2％加入分析纯级的添加剂：二氧化锰(MnO2)，然后再次放入聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨12h，转速为300rpm，取出浆料在鼓风干燥箱中烘干，得到SGBT+Mn粉料。
(2)造粒/成型
在所得SGBT+Mn粉料中加入适量浓度8wt.％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为胶粘剂，充分混合形成具有一定粒度级配并且流动性良好的球形颗粒，过40目筛网后取适量颗粒放入不锈钢模具中，在粉末干压成型机上10MPa下压制成
的圆片型坯体，得到SGBT+Mn压电陶瓷坯体。
(3)排胶/烧结
将所得SGBT+Mn压电陶瓷坯体放入排胶炉中，先以1℃/min的升温速度升温至120℃并恒温1h排除水分，然后以2℃/min的升温速度升温至650℃并保温2h排出胶粘剂；随炉自然冷却至室温后取出坯体置于箱式高温炉中，先以5℃/min的升温速度升温至1000℃，然后以2℃/min的升温速度升温至1100℃并保温2h烧结成瓷，保温结束后冷却至室温，得到SGBT+Mn压电陶瓷片。
(4)被银/极化
将所得SGBT+Mn压电陶瓷片碾磨抛光至厚度0.45mm，丝网印刷上高温银浆后放入烧银炉中，以8℃/min的升温速度升温至700℃并保温10min制成电极，保温结束后冷却至室温，然后将被银后的SGBT+Mn压电陶瓷片放入150℃的硅油中进行极化，电场强度10kV/mm，保压时间30min，带电降至室温后取出，得到SGBT+Mn压电陶瓷元件。
实施例3
本实施例中可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其制备方法包括以下步骤：
(1)配料/球磨
将分析纯级的化学原料：碳酸锶(SrCO3)、氧化铋(Bi2O3)、二氧化钛(TiO2)和掺杂剂：氧化钆(Gd2O3)，按化学式Sr0.92Gd0.053Bi4Ti4O15计算的用量配比进行精确称量配料，将配好的原料放入聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨6h，转速为300rpm。取出浆料在鼓风干燥箱中烘干后放在刚玉坩埚中，置于箱式高温炉中以5℃/min的升温速度升温至850℃后保温4h，随炉自然冷却后取出，得到SGBT前驱体。
将所得SGBT前驱体精确称重，按其质量的0.2％加入分析纯级的添加剂：三氧化二铬(Cr2O3)，然后再次放入聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨12h，转速为300rpm，取出浆料在鼓风干燥箱中烘干，得到SGBT+Cr粉料。
(2)造粒/成型
在所得SGBT+Cr粉料中加入适量浓度8wt.％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为胶粘剂，充分混合形成具有一定粒度级配并且流动性良好的球形颗粒，过40目筛网后取适量颗粒放入不锈钢模具中，在粉末干压成型机上10MPa下压制成
的圆片型坯体，得到SGBT+Cr压电陶瓷坯体。
(3)排胶/烧结
将所得SGBT+Cr压电陶瓷坯体放入排胶炉中，先以1℃/min的升温速度升温至120℃并恒温1h排除水分，然后以2℃/min的升温速度升温至650℃并保温2h排出胶粘剂；随炉自然冷却至室温后取出坯体置于箱式高温炉中，先以5℃/min的升温速度升至1000℃，然后以2℃/min的升温速度升至1100℃保温2h烧结成瓷，保温结束后冷却至室温，得到SGBT+Cr压电陶瓷片。
(4)被银/极化
将所得SGBT+Cr压电陶瓷片碾磨抛光至厚度0.45mm，丝网印刷上高温银浆后放入烧银炉中，以8℃/min的升温速度升温至700℃并保温10min制成电极，保温结束后冷却至室温，然后将被银后的SGBT+Cr压电陶瓷片放入150℃硅油中进行极化，电场强度10kV/mm，保压时间30min，带电降至室温后取出，得到SGBT+Cr压电陶瓷元件。
实施例4
本实施例中可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其制备方法包括以下步骤：
(1)配料/球磨
将分析纯级的化学原料：碳酸锶(SrCO3)、氧化铋(Bi2O3)、二氧化钛(TiO2)和掺杂剂：氧化钆(Gd2O3)，按化学式Sr0.92Gd0.053Bi4Ti4O15计算的用量配比进行精确称量配料，将配好的原料放入聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨6h，转速为300rpm。取出浆料在鼓风干燥箱中烘干后放在刚玉坩埚中，置于箱式高温炉中以5℃/min的升温速度升温至850℃后保温4h，随炉自然冷却后取出，得到SGBT前驱体。
将所得SGBT前驱体精确称重，按其质量的0.2％加入分析纯级的添加剂：氧化铈(CeO2)，放入聚四氟乙烯球磨罐中以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨12h，转速为300rpm，取出浆料在鼓风干燥箱中烘干后，得到SGBT+Ce粉料。
(2)造粒/成型
在所得SGBT+Ce粉料中加入适量浓度8wt.％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为胶粘剂，充分混合形成具有一定粒度级配并且流动性良好的球形颗粒，过40目筛网后取适量颗粒放入不锈钢模具中，在粉末干压成型机上10MPa下压制成
的圆片型坯体，得到SGBT+Ce压电陶瓷坯体。
(3)排胶/烧结
将所得SGBT+Ce压电陶瓷坯体放入排胶炉中，先以1℃/min的升温速度升温至120℃并恒温1h排除水分，然后以2℃/min的升温速度升温至650℃并保温2h排出胶粘剂；随炉自然冷却至室温后取出坯体置于箱式高温炉中，先以5℃/min的升温速度升温至1000℃，然后以2℃/min的升温速度升温至1100℃保温2h烧结成瓷，保温结束后冷却至室温，得到SGBT+Ce压电陶瓷片。
(4)被银/极化
将所得SGBT+Ce压电陶瓷片碾磨抛光至厚度0.45mm，丝网印刷上高温银浆后放入烧银炉中，以8℃/min的升温速度升温至700℃并保温10min制成电极，保温结束后冷却至室温，然后将被银后的SGBT+Ce压电陶瓷片放入150℃的硅油中进行极化，电场强度6kV/mm，保压时间30min，带电降至室温后取出，得到SGBT+Ce压电陶瓷元件。
实施例5
本实施例中可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其制备方法包括以下步骤：
(1)配料/球磨
将分析纯级的化学原料：碳酸锶(SrCO3)、氧化铋(Bi2O3)、二氧化钛(TiO2)和掺杂剂：氧化铈(CeO2)，按化学式Sr0.94Ce0.04Bi4Ti4O15计算的用量配比进行精确称取，放于聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨6h，转速为300rpm。取出浆料在鼓风干燥箱中烘干后放入刚玉坩埚中，置于箱式高温炉中以5℃/min的升温速度升温至800℃后保温3h。随炉冷却后取出，得到SCBT前驱体；
将SCBT前驱体再次放入聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨12h，转速为300rpm，取出浆料在鼓风干燥箱中烘干，得到SCBT粉料。
(2)造粒/成型
在所得SCBT粉料中加入适量浓度8wt.％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为胶粘剂，充分混合形成具有一定粒度级配并且流动性良好的球形颗粒，过40目筛网后取适量颗粒放入不锈钢模具中，在粉末干压成型机上10MPa下压制成
的圆片型坯体，得到SCBT压电陶瓷坯体。
(3)排胶/烧结
将所得SCBT压电陶瓷坯体放入排胶炉中，先以1℃/min的升温速度升温至120℃并恒温1h排除水分，然后以2℃/min的升温速度升温至650℃并保温2h排出胶粘剂；随炉自然冷却至室温后取出坯体置于箱式高温炉中，先以5℃/min的升温速度升温至1000℃，然后以2℃/min的升温速度升温至1150℃保温2h烧结成瓷，保温结束后冷却至室温，得到SCBT压电陶瓷片。
(4)被银/极化
将所得SCBT压电陶瓷片碾磨抛光至厚度0.45mm，丝网印刷上高温银浆后放入烧银炉中，以8℃/min的升温速度升温至700℃并保温10min制成电极，保温结束后冷却至室温，然后将被银后的SCBT压电陶瓷片放入150℃的硅油中进行极化，电场强度6kV/mm，保压时间30min，带电降至室温后取出，得到SCBT压电陶瓷元件。
实施例6
本实施例中可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其制备方法包括以下步骤：
(1)配料/球磨
将分析纯级的化学原料：碳酸锶(SrCO3)、氧化铋(Bi2O3)、二氧化钛(TiO2)和掺杂剂：氧化铈(CeO2)，按化学式Sr0.94Ce0.04Bi4Ti4O15计算的用量配比进行精确称量配料，将配好的原料放入聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨6h，转速为300rpm。取出浆料在鼓风干燥箱中烘干后放在刚玉坩埚中，置于箱式高温炉中以5℃/min的升温速度升温至800℃后保温3h，随炉自然冷却后取出，得到SCBT前驱体。
将所得SCBT前驱体精确称重，按其质量的0.2％加入分析纯级的添加剂：二氧化锰(MnO2)，然后再次放入聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨12h，转速为300rpm，取出浆料在鼓风干燥箱中烘干，得到SCBT+Mn粉料。
(2)造粒/成型
在所得SCBT+Mn粉料中加入适量浓度8wt.％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为胶粘剂，充分混合形成具有一定粒度级配并且流动性良好的球形颗粒，过40目筛网后取适量颗粒放入不锈钢模具中，在粉末干压成型机上10MPa下压制成
的圆片型坯体，得到SCBT+Mn压电陶瓷坯体。
(3)排胶/烧结
将所得SCBT+Mn压电陶瓷坯体放入排胶炉中，先以1℃/min的升温速度升温至120℃并恒温1h排除水分，然后以2℃/min的升温速度升温至650℃并保温2h排出胶粘剂；随炉自然冷却至室温后取出坯体置于箱式高温炉中，先以5℃/min的升温速度升至1000℃，然后以2℃/min的升温速度升温至1150℃保温2h烧结成瓷，保温结束后冷却至室温，得到SCBT+Mn压电陶瓷片。
(4)被银/极化
将所得SCBT+Mn压电陶瓷片碾磨抛光至厚度0.45mm，丝网印刷上高温银浆后放入烧银炉，以8℃/min的升温速度升温至700℃并保温10min制成电极，保温结束后冷却至室温，然后将被银后的SCBT+Mn压电陶瓷片放入150℃的硅油中进行极化，电场强度10kV/mm，保压时间30min。带电降至室温后取出，得到SCBT+Mn压电陶瓷元件。
实施例7
本实施例中可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其制备方法包括以下步骤：
(1)配料/球磨
将分析纯级的化学原料：碳酸锶(SrCO3)、氧化铋(Bi2O3)、二氧化钛(TiO2)和掺杂剂：氧化铈(CeO2)，按化学式Sr0.94Ce0.04Bi4Ti4O15计算的用量配比进行精确配料，将配好的原料放入聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨6h，转速为300rpm。取出浆料在鼓风干燥箱中烘干后放在刚玉坩埚中，置于箱式高温炉中以5℃/min的升温速度升温至800℃后保温3h，随炉自然冷却后取出，得到SCBT前驱体。
将所得SCBT前驱体精确称重，按其质量的0.2％加入分析纯级的添加剂：三氧化二铬(Cr2O3)，然后再次放入聚四氟乙烯球磨罐中以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨12h，转速为300rpm，取出浆料在鼓风干燥箱中烘干，得到SCBT+Cr粉料。
(2)造粒/成型
在所得SCBT+Cr粉料中加入适量浓度8wt.％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为胶粘剂，充分混合形成具有一定粒度级配并且流动性良好的球形颗粒，过40目筛网后取适量颗粒放入不锈钢模具中，在粉末干压成型机上10MPa下压制成
的圆片型坯体，得到SCBT+Cr压电陶瓷坯体。
(3)排胶/烧结
将所得SCBT+Cr压电陶瓷坯体放入排胶炉中，先以1℃/min的升温速度升温至120℃并恒温1h排除水分，然后以2℃/min的升温速度升温至650℃并保温2h排出胶粘剂；随炉自然冷却至室温后取出坯体置于箱式高温炉中，先以5℃/min的升温速度升至1000℃，然后以2℃/min的升温速度升至1150℃保温2h烧结成瓷，保温结束后冷却至室温，得到SCBT+Cr压电陶瓷片。
(4)被银/极化
将所得SCBT+Cr压电陶瓷片碾磨抛光至厚度0.45mm，丝网印刷上高温银浆后放入烧银炉中，以8℃/min的升温速度升温至700℃并保温10min制成电极，保温结束后冷却至室温，然后将被银后的SCBT+Cr压电陶瓷片放入150℃的硅油中进行极化，电场强度10kV/mm，保压时间30min，带电降至室温后取出，得到SCBT+Cr压电陶瓷元件。
实施例8
本实施例中可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其制备方法包括以下步骤：
(1)配料/球磨
将分析纯级的化学原料：碳酸锶(SrCO3)、氧化铋(Bi2O3)、二氧化钛(TiO2)和掺杂剂：氧化铈(CeO2)，按化学式Sr0.94Ce0.04Bi4Ti4O15计算的用量配比进行精确称量配料，将配好的原料放入聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨6h，转速为300rpm。取出浆料在鼓风干燥箱中烘干后放在刚玉坩埚中，置于箱式高温炉中以5℃/min的升温速度升温至800℃后保温3h，随炉自然冷却后取出，得到SCBT前驱体。
将所得SCBT前驱体精确称重，按其质量的0.2％加入分析纯级的添加剂：氧化钆(Gd2O3)，然后再次放入聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨12h，转速为300rpm，取出浆料在鼓风干燥箱中烘干，得到SCBT+Gd粉料。
(2)造粒/成型
在所得SCBT+Gd粉料中加入适量浓度8wt.％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为胶粘剂，充分混合形成具有一定粒度级配并且流动性良好的球形颗粒，过40目筛网后取适量颗粒放入不锈钢模具中，在粉末干压成型机上10MPa下压制成
的圆片型坯体，得到SCBT+Gd压电陶瓷坯体。
(3)排胶/烧结
将所得SCBT+Gd压电陶瓷坯体放入排胶炉中，先以1℃/min的升温速度升温至120℃并恒温1h排除水分，然后以2℃/min的升温速度升至650℃并保温2h排出胶粘剂；随炉自然冷却至室温后取出坯体置于箱式高温炉中，先以5℃/min的升温速度升至1000℃，然后以2℃/min的升温速度升至1150℃保温2h烧结成瓷，保温结束后冷却至室温，得到SCBT+Gd压电陶瓷片。
(4)被银/极化
将所得SCBT+Gd压电陶瓷片碾磨抛光至厚度0.45mm，丝网印刷上高温银浆后放入烧银炉中，以8℃/min的升温速度升温至700℃并保温10min制成电极，保温结束后冷却至室温，然后将被银后的SCBT+G压电陶瓷片放入150℃的硅油中进行极化，电场强度9kV/mm，保压时间30min，带电降至室温后取出，得到SCBT+Gd压电陶瓷元件。
实施例9
本实施例中可用于500℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其制备方法包括以下步骤：
(1)配料/球磨
先将分析纯级的化学原料：碳酸锶(SrCO3)、氧化铋(Bi2O3)和二氧化钛(TiO2)按化学式SrBi4Ti4O15计算的用量配比进行精确称量配料，将配好的原料放入聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨6h，转速为300rpm。取出浆料在鼓风干燥箱中烘干后放入刚玉坩埚中，置于箱式高温炉中以5℃/min的升温速度升温至850℃后保温4h。随炉自然冷却至室温后得到SBT前驱体；
将得到SBT前驱体再次放入聚四氟乙烯球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用行星球磨机球磨12h，转速为300rpm。取出浆料在鼓风干燥箱中烘干，得到SBT粉料。
(2)造粒/成型
在所得SBT粉料中加入适量浓度8wt％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为胶粘剂，充分混合形成具有一定粒度级配并且流动性良好的球形颗粒，过40目筛网后取适量颗粒放入不锈钢模具中，在粉末干压成型机上10MPa下压制成
的圆片型坯体，得到SBT压电陶瓷坯体。
(3)排胶/烧结
将所得SBT压电陶瓷坯体放入排胶炉中，先以1℃/min的升温速度升温至120℃并恒温1h排除水分，然后以2℃/min的升温速度升至650℃并保温2h排出胶粘剂；随炉自然冷却至室温后取出坯体放入箱式高温炉中，先以5℃/min的升温速度升至1000℃，然后以2℃/min的升温速度升至1200℃保温2h烧结成瓷，保温结束后冷却至室温，得到SBT压电陶瓷片。
(4)被银/极化
将所得SBT压电陶瓷片碾磨抛光至厚度0.45mm，丝网印刷上高温银浆后放入烧银炉中，以8℃/min的升温速度升温至700℃保温10min制成电极，保温结束后冷却至室温，将被银后的SBT压电陶瓷片放入150℃的硅油中进行极化，电场强度6kV/mm，保压时间30min，带电降至室温后取出，得到SBT压电陶瓷元件。
应用例
如图7所示，为本领域常规的中心压缩式压电加速度传感器的结构设计模型，包括外壳1、底座2、预紧螺母3、质量块4、两片绝缘陶瓷片5、若干压电陶瓷片6、导电片7以及接插件8。插接件8设置于外壳1的侧壁上。底座2、预紧螺母3、质量块4、两片绝缘陶瓷片5、若干压电陶瓷片6、导电片7均设置于外壳内腔中。底座2设置于外壳1内腔底部并与外壳1固定连接，若干压电陶瓷片6层叠并联设置于两片绝缘陶瓷片5之间，导电片7交替附着在压电陶瓷片6的正负两极，再分别与接插件8的两根插针连接，质量块4设置于位于上方的绝缘陶瓷片5的上表面上，并通过预紧螺母3压紧压电陶瓷叠堆。外壳1上还设置有安装孔9。需要说明的是，该设计模型仅为本领域常规中心压缩式压电加速度传感器模型，并本发明提供的SBT基压电陶瓷及其应用并不限于此种结构的传感器。
将实施例3制备的SGBT+Cr压电陶瓷制备成尺寸为
的压电陶瓷圆环片，在500℃温度下老化24h后选取d33＝26±1pC/N且Rv≥10GΩ(DC.500V)的压电陶瓷圆环片按照图7所示的设计模型组装成压电加速度传感器，实物如图8所示。组装完成后置于连接有高温箱的传感器灵敏度校准设备上，进行灵敏度随温度的测试，测试结果如图8所示。由图中可以看出，在20℃/160Hz/5g的国标条件下测得电荷灵敏度为50±2.5pC/g(横向灵敏度小于2％)，在-55～482℃范围内的灵敏度变化幅度小于5％。
利用实施例3制备的SGBT+Cr压电陶瓷所设计制作的压电加速度传感器与市场上三种同类型产品的主要性能对比如下表1所示。
表1基于实施例3制备的压电陶瓷所制作的加速度传感器与市场上同类型产品的性能对比
由表1可以看出，本应用例所制备的压电加速度传感器的在-55～482℃范围内的灵敏度变化幅度小于5％，明显优于市场上同类型产品；而在基本相当的高居里温度(Tc均高于500℃)基础上，本应用例提供的SBT压电陶瓷的压电系数(d33)明显优于市场上同类型产品。
以下将对实施例1-9所制备的压电陶瓷进行微观结构和电学性能分析，具体如下。
(一)微观结构分析
(1)形貌及相对密度分析
对实施例1-8步骤(3)所制备的SBT基压电陶瓷片烧结样品，观察其色泽形貌并测试相对密度，测试结果如图2所示。由图中可以看出，实施例1-8制备的SBT基压电陶瓷片样品的颜色各不相同(图示为非彩色图片，因此只能看到样品颜色的明暗对比)：实物样品中，掺杂了CeO2的配方呈红褐色，掺杂了Cr2O3的配方呈墨绿色，掺杂了MnO2的配方呈咖啡色。所有样品色泽均匀，表面无裂纹、结构塌陷以及玻璃相类熔融结晶物质。所有样品的相对密度ρ相对(阿基米德法测得的实际密度/XRD方法测得的理论密度)都达到了93％以上，说明SBT基压电陶瓷的烧结效果良好，微观结构致密，特别是Mn掺杂和Cr掺杂的4个样品，ρ相对达到了95％以上。
(2)晶相结构分析
利用X-射线衍射分析仪(XRD)对实施例2、3、6、7、9步骤(3)所制备的SBT基压电陶瓷片烧结样品的晶相结构进行表征分析(实施例9为对比例)，测试结果如图3所示。由图中可以看出，SGBT+Mn压电陶瓷片、SGBT+Cr压电陶瓷片、SCBT+Mn压电陶瓷片和SCBT+Cr压电陶瓷片这4个样品都保持了和纯SBT压电陶瓷一样的正交晶相结构。(1 1 9)晶面的衍射峰最强，这一结果符合4层(n＝4)结构BLSF的正交晶格点阵在其(1 1 2m+1)晶面具有最强衍射特征的规律。并且，物相鉴定分析说明：掺杂元素Gd、Ce、Mn和Cr的引入均未在SrBi4Ti4O15中生成杂相，特征峰强度高、陶瓷结晶良好，且无明显的晶粒定向生长特征。实施例1、4、5、8所制备的SBT基压电陶瓷片烧结样品的XRD表征结果与此4个样品类似，故此不再赘述。
(二)电学性能分析
(1)介电性能分析
对实施例1～8制备的SBT基压电陶瓷样品，利用高温介电温谱测量系统(TZDM-RT-1000)测试样品相对介电常数(εr)和介质损耗角正切值(tanδ)随温度的变化关系，以确定样品的居里温度(Tc)。各个样品的介温曲线(测试频率：100Hz～300kHz)如图4所示。从图中可以看出，SBT基压电陶瓷的介电常数和介质损耗在500℃以前随温度的变化都非常平缓，在500～600℃之间形成了一个尖锐的介电特征峰，对应材料从铁电相转变为顺电相的居里温度(Tc)。在8个样品中，实施例1所制备的SGBT压电陶瓷的Tc最高，达到557℃。随着测试频率的增大，介电常数特征峰的强度降低，整个介温曲线也更加平坦。这一现象表明SBT基压电陶瓷的相变过程存在弥散特征。综合来看，SGBT+Mn压电陶瓷、SGBT+Cr压电陶瓷、SCBT+Mn压电陶瓷和SCBT+Cr压电陶瓷这4个样品的弥散相变较弱，在同一测试频率下，介温曲线更为平坦。为进一步分析样品介电性能的温度稳定性，SGBT+Mn压电陶瓷、SGBT+Cr压电陶瓷、SCBT+Mn压电陶瓷和SCBT+Cr压电陶瓷这4个样品的介电常数温度系数(TKε)的变化如图5所示。通过对比分析可知：在500℃下，SGBT+Cr压电陶瓷的TKε最低，其值为4.54×10-3/℃，表现出非常好的温度稳定性。
(2)机电性能分析
对实施例2、3、6、7所制备的SBT基压电陶瓷样品，利用精密阻抗分析仪(TH2829A)根据谐振方法测量样品的平面机电耦合系数(kp)、机械品质因素(Qm)和径向频率常数(Np)，测试结果如图6所示。从图中可以看出：SGBT+Mn压电陶瓷、SGBT+Cr压电陶瓷、SCBT+Mn压电陶瓷和SCBT+Cr压电陶瓷这4个配方的陶瓷样品的电阻抗值(|Z|)在160～190kHz出现一对谐振峰，相位(θ)也随之突变，其峰值频率正好位于谐振频率(fr)与反谐振频率(fa)的中心点。实施例1、4、5、8所制备的SBT基压电陶瓷样品的谐振频谱与此类似，故此不再赘述。
(3)压电性能分析
对实施例1-8所制备的SBT基压电陶瓷样品，利用准静态压电常数测量仪(ZJ-6A)测量样品的纵向压电电荷常数(d33)。极化后的样品需自然老化24h并充分放电后，在0.25N/110Hz的标准条件下测量d33。
实施例1-8所制备的SBT基压电陶瓷样品的电学性能汇总如表2所示。
表2 SBT系列压电陶瓷的电学性能
注：εr和tanδ取自1kHz下的测试值，TKε取自500℃下的计算值，其余参数均按照国标要求测得。
综上所述，从以上结果中可以看出：本发明制备的SBT基压电陶瓷掺杂改性的效果显著：上述配方所制备的SET基压电陶瓷样品均兼具高居里温度(Tc＝531～557℃)和高压电系数(d33＝14～28pC/N)，相对于纯SBT压电陶瓷(Tc＝525℃，d33＝8pC/N)的性能有显著提升，这可以提升压电器件的工作温度和灵敏度。而且上述配方所制备的SET基压电陶瓷样品在500℃下的介电常数温度系数(TKε)均低于8×10-3，这可以保证在该温度下压电器件的性能稳定。因此，本发明提供的SBT基压电陶瓷可作为一种高稳定性压电材料应用于500℃以下的振动测量器件之中。当x、y均不为0时，即双位掺杂时，该SBT基压电陶瓷综合电学性能更优。特别是实施例3提供的优选配方所制备的SGBT+Cr压电陶瓷样品具有最高的压电系数(d33＝28pC/N)和最低的介电常数温度系数(TKε＝4.54×10-3/℃)；同时，居里温度(Tc＝555℃)也足够高，用其作为敏感元件制作而成的压电加速度传感器的灵敏度在-55～482℃范围内的变化幅度小于5％，尤其适用于作为一种高稳定性压电材料应用于500℃以下的振动测量器件之中。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种可用于500 ℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其特征在于：该压电陶瓷组分组成如下通式所示：
Sr1-3x/2A x Bi4Ti4O15 +y wt % M α O β
通式中，A为Gd或Ce中的一种，M α O β 为MnO2、Cr2O3、Gd2O3或CeO2中的一种，y wt %表示对应组分占Sr1-3x/2A x Bi4Ti4O15的质量百分比；
其中，Gd或Ce对SrBi4Ti4O15钙钛矿层A位的Sr进行取代，M α O β 进入铋氧层中形成缺陷偶极子；
x、y取值分别为：当A为Gd时，x=0.053；当A为Ce时，x=0.04；y=0.2；
所述可用于500 ℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷的制备步骤包括：
（1）配料/球磨：以SrCO3、Bi2O3、TiO2、Gd2O3、CeO2为原料，根据化学通式Sr1-3x/ 2A x Bi4Ti4O15确定的各组分配方量进行称量配料，将配好的原料进行球磨，充分球磨后经干燥处理得到干粉料，将干粉料在800~900 ℃下保温敞开煅烧2~4 h，保温结束后冷却至室温，得到SBT基压电陶瓷前驱体；
将所得SBT基压电陶瓷前驱体精确称重，按其质量的y wt %再添加MnO2、Cr2O3、Gd2O3或CeO2中的原料进入前驱体，充分球磨后经干燥处理得到SBT基压电陶瓷粉料；
（2）造粒/成型：将步骤（1）所得SBT基压电陶瓷粉料进行造粒得到粒料，并将所得粒料用模具压制成型，得到SBT基压电陶瓷坯体；
（3）排胶/烧结：将步骤（2）得到的SBT基压电陶瓷坯体排胶后在1050～1250 ℃下保温密闭烧结1~4 h，保温结束后冷却至室温，得到SBT基压电陶瓷片；
（4）被银/极化：将步骤（3）所得SBT基压电陶瓷片表面涂覆银浆后，在600~800 ℃保温5~15 min，保温结束后冷却至室温，然后将被银后的SBT基压电陶瓷片放入硅油中进行极化，带电降至室温后，得到SBT基压电陶瓷元件。
2.根据权利要求1所述的可用于500 ℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其特征在于：步骤（1）中所述球磨是以无水乙醇为分散介质，在转速为100~500 rpm的行星球磨机上球磨5~12 h。
3.根据权利要求1所述的可用于500 ℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其特征在于：步骤（1）中所述干燥是将球磨后的浆料在鼓风干燥箱中烘干至恒重。
4.根据权利要求2所述的可用于500 ℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其特征在于：步骤（2）中，以质量浓度为5~10 wt%的聚乙烯醇溶液为胶粘剂进行造粒，所得粒料在8 ~15MPa下压制成φ 10 mm × h 1 mm的圆片型坯体。
5.根据权利要求1所述的可用于500 ℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其特征在于：步骤（3）中所述排胶是以1~3 ℃/min升温速度升温至80~120 ℃下保温1~4 h排除水分，然后以2 ℃/min升温速度升至550～700 ℃下保温1~4 h排出胶粘剂。
6.根据权利要求1所述的可用于500 ℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其特征在于：步骤（3）所述烧结是以3~7 ℃/min升温速度升至1000 ℃，再以1~3 ℃/min的升温速度升至1050～1250 ℃下保温烧结1~4 h。
7.根据权利要求1至6任一所述的可用于500 ℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其特征在于：步骤（4）中涂覆银浆后，以3~7 ℃/min升温速度升温至600~800 ℃。
8.根据权利要求1至6任一所述的可用于500 ℃以下振动测量的SBT基压电陶瓷，其特征在于：步骤（4）中所述极化条件是：在100~200 ℃的硅油中，电场强度为6~12 kV/mm，保压时间为15~45 min。
9.权利要求1所述的SBT基压电陶瓷在工作温度为500 ℃以下的振动测量器件中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011410770.5A CN112457004B (zh) | 2020-12-05 | 2020-12-05 | 可用于500℃以下振动测量的sbt基压电陶瓷及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011410770.5A CN112457004B (zh) | 2020-12-05 | 2020-12-05 | 可用于500℃以下振动测量的sbt基压电陶瓷及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112457004A CN112457004A (zh) | 2021-03-09 |
| CN112457004B true CN112457004B (zh) | 2022-02-08 |
Family
ID=74806567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011410770.5A Active CN112457004B (zh) | 2020-12-05 | 2020-12-05 | 可用于500℃以下振动测量的sbt基压电陶瓷及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112457004B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1424283A (zh) * | 2002-12-27 | 2003-06-18 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一类高温压电陶瓷组合物 |
| JP2004342885A (ja) * | 2003-05-16 | 2004-12-02 | Sumitomo Chem Co Ltd | 発光素子および発光装置 |
-
2020
- 2020-12-05 CN CN202011410770.5A patent/CN112457004B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1424283A (zh) * | 2002-12-27 | 2003-06-18 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一类高温压电陶瓷组合物 |
| JP2004342885A (ja) * | 2003-05-16 | 2004-12-02 | Sumitomo Chem Co Ltd | 発光素子および発光装置 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Priyambada Nayak等.Thermal stability and improved electrical properties in Sr1-xGd2x/3Bi4Ti4O15 ceramics.《MATERIALS LETTERS》.2017,第204卷 * |
| Thermal stability and improved electrical properties in Sr1-xGd2x/3Bi4Ti4O15 ceramics;Priyambada Nayak等;《MATERIALS LETTERS》;20171001;第204卷;第120页实验部分 * |
| 曹召鹏.高温铋层状结构SrBi4Ti4O15压电陶瓷的性能及温度稳定性研究.《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》.2014, * |
| 高温铋层状结构SrBi4Ti4O15压电陶瓷的性能及温度稳定性研究;曹召鹏;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》;20141031;第A005-109页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112457004A (zh) | 2021-03-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110511018B (zh) | 一种高储能密度陶瓷电容器电介质及其制备方法 | |
| CN101805185B (zh) | 一种制备铌镁酸铅钛酸铅弛豫铁电陶瓷的方法 | |
| CN103636018A (zh) | 压电材料 | |
| CN112467198B (zh) | 一种锂离子电池用氧化物固态电解质及其制备方法 | |
| CN110436920B (zh) | 一种钛酸铋钠-钽酸钠固溶陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
| CN113526950A (zh) | 一种高储能高效率的NaNbO3掺杂BaTiO3基氧化物陶瓷材料、制备方法及应用 | |
| 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 | |
| CN111925187A (zh) | 一种无铅高压中温烧结的锶铋钛基介质材料及制备方法 | |
| CN109650875B (zh) | 一种巨介电钛酸铜钙复合陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
| CN113666741B (zh) | 一种钒掺杂铌酸钠压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN109020541A (zh) | 一种高性能环保电容器电介质及其制备方法 | |
| CN112457004B (zh) | 可用于500℃以下振动测量的sbt基压电陶瓷及其制备方法与应用 | |
| CN107500756A (zh) | 一种高介电常数低损耗SrTiO3基介质材料及其制备方法 | |
| CN112759390A (zh) | 一种具有高kp值的PSN-PZT压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN115385683B (zh) | 一种兼具高居里温度和高压电系数的压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN114988873B (zh) | 一种铋基焦绿石介电储能陶瓷及其制备方法 | |
| CN114478006A (zh) | 一种KNNS-BNZ+CuO压电陶瓷材料及其制备方法、应用 | |
| CN102167580A (zh) | 一种用于高频段的介质陶瓷及其制备方法 | |
| CN112723881B (zh) | 一种具有高温度稳定性的介电陶瓷材料 | |
| CN112299845A (zh) | 一种高性能的陶瓷介质材料及其制备方法 | |
| CN116082034B (zh) | 一种高储能特性的钛酸铋钠基高熵陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
| CN109516800A (zh) | 一种高储能性能介质陶瓷、制备方法及其应用 | |
| CN115010493B (zh) | 一种高熵焦绿石介电陶瓷材料及其制备方法与应用 | |
| CN114507070B (zh) | 一种掺杂改性的铌酸铋钙基陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN116143515B (zh) | 一种knn基无铅弛豫铁电储能陶瓷材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |