CN113233891A - 一种无铅压电陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无铅压电陶瓷材料及其制备方法，包括：分别称取氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌，研磨混合后，得到一次球磨粉体；对一次球磨粉体进行预烧，得到预烧片；对预烧片进行二次研磨，得到二次球磨粉体；利用二次球磨粉体进行造粒，压制，得到素胚；对素胚进行等静压压片处理，得到二次压片成型素胚；本发明通过在BNT‑6BT基体中，引入具有反铁电特性的NN，重新构建了具有高活性的弛豫相与铁电相共存的相界，在电场作用下弛豫相能够更容易快速向铁电相发生翻转，获得较高的应变性能；组分稳定性及烧结条件较好，工艺条件易于控制，实用性较强，有利于工业化大规模生产。

Description

一种无铅压电陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于压电陶瓷材料技术领域，特别涉及一种无铅压电陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
压电材料主要应用于传感器、驱动器和换能器等领域中，得益于其本身的正/负压电效应；微位移技术是超精密加工中的一项关键技术，应用于微位移器等器件；随着微位移器件在超精密领域的需求量日益增加，科研人员对能产生较大应变性能的这类压电材料进行了更加广泛的研究。某些压电陶瓷材料可以在电场的作用下激发出较大的应变性能，包括传统的铅基压电材料以及新兴的一些无铅压电材料；在众多钙钛矿结构的无铅压电材料中，钛酸铋钠(BNT)体系具有较高的应变性能，是目前最有希望替代铅基材料的无铅材料，其特点是位移分辨率高、响应快及体积小等。
近年来，科研人员一直在找寻具有大应变、小滞回、烧结稳定好、稳定性好及组分不敏感的无铅压电材料；2007年Zhang等人报道在(0.94-x)BNT-0.06BT-xKNN，(x＝0.02)的三元陶瓷中，获得了高达0.45％的应变和560pm/V的逆压电系数；这是因为在准同型相界处加入KNN后，样品从铁电相逐渐转变为非极性的弛豫相；然后在电场的作用下诱导出弛豫相向铁电相的转变，导致了较大的应变；但上述仅限于当KNN的掺入量为0.02时获得较大的应变，随着KNN的掺入量＞0.02时，从非极性的弛豫相向极化相转变所需的电场大大增加，从而导致电致应变性能减小；并且钾元素在制备烧结过程中极易挥发，导致化学计量比失衡，性能恶化，钾元素易潮解也不适合大规模工业化生产；现在迫切寻找一类组分稳定、烧结条件良好的具有大应变、小滞回的材料，能够满足工业化大规模生产的需求。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种无铅压电陶瓷材料及其制备方法，以解决现有的三元陶瓷组分稳定性较差，且应变性能较低的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种无铅压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料的化学通式表示如下：(1-x％)0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3-x％NaNbO3；其中，x％为(Bi0.5Na0.5)TiO3的摩尔百分比，0≤x≤6。
进一步的，所述无铅压电陶瓷材料具有铁电-弛豫相界。
本发明还提供了一种无铅压电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、分别称取氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌，研磨混合后，得到一次球磨粉体；对一次球磨粉体进行预烧，得到预烧片；
步骤2、对预烧片进行二次研磨，得到二次球磨粉体；
步骤3、利用二次球磨粉体进行造粒，压制，得到素胚；
步骤4、对素胚进行等静压压片处理，得到二次压片成型素胚；
步骤5、对二次压片成型素胚进行排胶、烧结处理后，得到所述的无铅压电陶瓷材料。
进一步的，步骤1中，氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌的纯度均高于98％。
进一步的，步骤1中，对一次球磨粉体进行预烧过程，具体如下：
将一次球磨粉体进行均匀研磨后，压成块体，并进行预烧，得到预烧片；其中，预烧温度为800-900℃，预烧时间为2-4h。
进一步的，步骤3中，对二次球磨粉体进行造粒过程，具体如下：
在二次球磨粉体中加入粘结剂，研磨过筛后，得到流动粉体；其中，流动粉体的目数为40-80目。
进一步的，步骤3中，压制得到素胚的过程中，采用压片机进行压片，压片压强为200-300MPa，保压时间为30-60s。
进一步的，步骤4中，对素胚进行等静压压片处理过程，等静压压片的压强为200-300MPa，保压时间为5-10min。
进一步的，步骤5中，排胶温度为550-600℃，保温时间为4-6h；烧结温度为1125-1200℃，烧结时间为2-14h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种无铅压电陶瓷材料，通过在(1-x％)0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3的基体中，引入具有反铁电特性的NN，重新构建了具有高活性的弛豫相与铁电相共存的相界，在电场作用下弛豫相能够更容易快速向铁电相发生翻转，获得较高的应变性能；组分稳定性及烧结条件较好，工艺条件易于控制，实用性较强，有利于工业化大规模生产。
本发明还提供了一种无铅压电陶瓷材料的制备方法，与传统固态合成法相比，在压片过程中采用两步压片法，即造粒压片及等静压压片处理，有效提高了陶瓷材料的致密度，从而提高陶瓷材料的质量，有效改善了陶瓷材料的电学性能。
进一步的，烧结温度为1125-1200℃，烧结时间为2-14h，能够在较宽的温度范围及时间范围内进行烧结，工艺条件易于控制，实用新较强，有利于工业化大规模生产。
附图说明
图1为实施例1-4中的无铅压电陶瓷材料的XRD示意图；
图2为实施例1-4中的无铅压电陶瓷材料的应变曲线图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种无铅压电陶瓷材料，所述无铅压电陶瓷材料的化学通式表示如下：(1-x％)0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3-x％NaNbO3，简称BNT-6BT-xNN；
其中，x％为(Bi0.5Na0.5)TiO3的摩尔百分比；其中，0≤x≤6；本发明中，通过在BNT-6BT的固溶体中加入具有反铁电的NN，形成铁电-弛豫相界。
本发明还提供了一种无铅压电陶瓷材料的制备方法，采用固相合成法，具体包括以下步骤：
步骤1、获取氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌，并分装在广口瓶中；将上述原料置于烘箱中进行烘烤，得到干燥的氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌；其中，氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌的纯度均高于98％；其中，烘烤温度为120-140℃，烘烤时间为10h以上；烘烤过程采用称量纸对广口瓶瓶口进行封口。
步骤2、按照化学通式(1-x％)0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3-x％NaNbO3，0≤x≤6，所示的化学计量比，分别称取干燥后的氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌。
步骤3、将称取的氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌加入至球磨罐中，进行一次研磨，充分混合后取出，并置于烘箱中进行干燥处理，得到一次球磨粉体。
其中，研磨混合过程，采用无水乙醇作为球磨介质，无水乙醇的质量为每个球磨罐中混合原料总质量的1-1.2倍；球磨转速为300-400r/min，球磨时间为12-16h；对球磨处理后的混合浆料进行干燥处理时，烘烤温度为75-80℃，烘干时间为5-8h。
步骤4、将一次球磨粉体置于研钵中，研磨成均匀的粉体；然后将粉体压成块体，放置在马弗炉中进行预烧，得到预烧片；其中，预烧温度为800-900℃，预烧时间为2-4h。
步骤5、将预烧片放置在研钵中研磨后，再次加入球磨罐中，进行二次球磨，充分混合后取出，放入烘箱中进行干燥处理，得到二次球磨粉体。
其中，二次球磨过程采用无水乙醇为球磨介质，无水乙醇的质量为每个球磨罐中混合原料总质量的1.2-1.5倍；球磨转速为300-400r/min，球磨时间为12-16h；干燥处理过程，烘烤温度75-80℃，烘干时间为5-8h。
步骤6、对二次球磨粉体进行造粒，得到流动性好的流动粉体；其中，造粒过程中加入粘结剂进行研磨，得到流动性好的粉体；其中，粘结剂采用聚乙烯醇；过筛过程，筛网采用40目筛网和80目筛网；流动性好的流动粉体具有良好的均匀性和流动性；流动粉体为40-80目之间的粉体。
步骤7、将流动性好的粉体放置24h以上，得到性能稳定的流动粉体；取适量的粉体放入压片机中进行压片压制，得到致密且均匀的素胚；其中，每个素胚的质量为0.2-0.4g；采用压片机进行压片时，压片压强为200-300MPa，保压时间为30-60s。
步骤8、将素胚置于冷等静压机中，对素胚进行等静压压片处理，得到二次压片成型素胚；其中，素胚进行等静压压片处理过程，油压压强为200-300MPa，保压时间为5-10min。
步骤9、对二次压片成型素胚进行排胶、烧结处理后，得到所述的无铅压电陶瓷材料；其中，排胶温度为550-600℃，保温时间为4-6h；烧结温度为1125-1200℃，烧结时间为2-14h。
对上述方法制备的无铅压电陶瓷材料进行电学性能测试时，具体包括以下步骤：
步骤1、取上述方法制备的无铅压电陶瓷材料，对陶瓷材料进行打磨，得到预设厚度的陶瓷材料；之后在陶瓷材料的正反表面涂覆银浆，之后分别在涂有银浆的陶瓷材料的正反表面涂覆电极；
其中，对陶瓷材料进行打磨时，采用砂纸对陶瓷材料进行打磨抛光处理；砂纸依次采用400目、800目及1500目的砂纸进行打磨抛光，打磨抛光厚度为0.2-1.0mm；将打磨抛光后的陶瓷材料置于装有酒精的容器中，在超声波清洗剂中超声清洗20-30min；之后对清洗干净的陶瓷材料放置在热台上烘干；对陶瓷材料进行涂覆银浆过程，采用对陶瓷材料的正反表面刷银浆3-4次，每次刷完后放置在热台烘干后再进行下一次刷银浆处理。
步骤2、对涂覆电极的陶瓷材料进行退火处理，得到待测陶瓷样品；其中，退火处理过程，退火温度为550-600℃，处理时间为30-60min。
步骤3、对待测陶瓷样品进行电学性能测试，得到所述无铅压电陶瓷材料的电学性能结果。
本发明所述的无铅压电陶瓷材料及其制备方法，通过在BNT-6BT基体中，引入具有反铁电特性的NN，重新构建了具有高活性的弛豫相与铁电相共存的相界，在电场作用下弛豫相能够更容易快速向铁电相发生翻转，获得较高的应变性能；其中应变性能可达到0.5％-0.6％；通过造粒压片和等静压压片结合的压片方式，大大提高了陶瓷的质量；本发明所述的无铅压电陶瓷材料的烧结特性良好，可以在较宽的温度范围以及烧结时间内进行烧结，工艺条件易于控制，实用性较强，有助于工业化大规模生产。
实施例1
本实施例提供了一种无铅压电陶瓷材料，所述无铅压电陶瓷材料的组分化学通式为：(1-x％)0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3-x％NaNbO3，其中x＝0；即BNT-6BT-0NN。
实施例1中的无铅压电陶瓷材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、获取氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌，并分装在广口瓶中；将上述原料置于烘箱中进行烘烤，得到干燥的氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌。
其中，氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌的纯度均高于98％；其中，烘烤温度为120℃，烘烤时间为10h以上；烘烤过程采用称量纸对广口瓶瓶口进行封口，以防进入杂质。
步骤2、按照化学通式(1-0％)0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3-0％NaNbO3所示的化学计量比，分别称取干燥后的氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌。
步骤3、将称取的氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌加入至球磨罐中，进行一次球磨，充分混合后取出，并置于烘箱中进行干燥，得到一次球磨粉体。
其中，球磨过程采用无水乙醇作为球磨介质，无水乙醇的体积为每个球磨罐中混合原料总质量的1倍；球磨转速为300r/min，球磨时间为12h；对球磨处理后的混合浆料进行干燥处理时，烘烤温度为75℃，烘干时间为5h。
步骤4、将一次球磨粉体置于研钵中，研磨成均匀的粉体；然后将粉体压成块体，放置在马弗炉中进行预烧，得到预烧片；其中，预烧温度为800℃，预烧时间为2h。
步骤5、将预烧片放置在研钵中研磨后，再次加入球磨罐中，进行二次球磨，充分混合后取出，放入烘箱中进行干燥处理，得到二次球磨粉体；其中，二次球磨过程采用无水乙醇为球磨介质，无水乙醇的体积为每个球磨罐中混合原料总质量的1.2倍；球磨转速为300r/min，球磨时间为12h；干燥处理过程，烘烤温度75℃，烘干时间为5h。
步骤6、对二次球磨粉体进行造粒，得到流动性好的粉体；其中，造粒过程中加入粘结剂进行研磨，得到流动性好的粉体；其中，粘结剂采用聚乙烯醇；过筛过程，筛网采用40目筛网和80目筛网；流动粉体为40-80目之间的粉体。
步骤7、将流动性好的粉体放置24h以上，得到性能稳定的粉体；取适量的粉体放入压片机中进行压片压制，得到致密且均匀的素胚；其中，每个素胚的质量为0.2-0.4g；采用压片机进行压片时，压片压强为200MPa，保压时间为30s。
步骤8、将素胚置于冷等静压机中，对素胚进行等静压压片处理，得到二次压片成型素胚；其中，素胚进行等静压压片处理过程，油压压强为200MPa，保压时间为5min。
步骤9、对二次压片成型的素胚进行排胶、烧结处理后，得到所述的无铅压电陶瓷材料；其中，排胶温度为550℃，保温时间为4h；烧结温度为1125℃，烧结时间为2h。
实施例2
本实施例提供了一种无铅压电陶瓷材料，所述无铅压电陶瓷材料的组分化学通式为：(1-x％)0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3-x％NaNbO3，其中x＝3.5；即BNT-6BT-3.5NN。
实施例2中的无铅压电陶瓷材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、获取氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌，并分装在广口瓶中；将上述原料置于烘箱中进行烘烤，得到干燥的氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌。
其中，氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌的纯度均高于98％；其中，烘烤温度为130℃，烘烤时间为10h以上；烘烤过程采用称量纸对广口瓶瓶口进行封口，以防进入杂质。
步骤2、按照化学通式(1-3.5％)0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3-3.5％NaNbO3所示的化学计量比，分别称取干燥后的氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌。
步骤3、将称取的氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌加入至球磨罐中，进行一次球磨，充分混合后取出，并置于烘箱中进行干燥，得到一次球磨粉体。
其中，球磨过程采用无水乙醇作为球磨介质，无水乙醇的体积为每个球磨罐中混合原料总质量的1.1倍；球磨转速为350r/min，球磨时间为14h；对球磨处理后的混合浆料进行干燥处理时，烘烤温度为80℃，烘干时间为7h。
步骤4、将一次球磨粉体置于研钵中，研磨成均匀的粉体；然后将粉体压成块体，放置在马弗炉中进行预烧，得到预烧片；其中，预烧温度为850℃，预烧时间为3h。
步骤5、将预烧片放置在研钵中研磨后，再次加入球磨罐中，进行二次球磨，充分混合后取出，放入烘箱中进行干燥处理，得到二次球磨粉体；其中，二次球磨过程采用无水乙醇为球磨介质，无水乙醇的体积为每个球磨罐中混合原料总质量的1.3倍；球磨转速为340r/min，球磨时间为14h；干燥处理过程，烘烤温度76℃，烘干时间为6h。
步骤6、对二次球磨粉体进行造粒，得到流动性好的粉体；其中，造粒过程中加入粘结剂进行研磨，得到流动性好的粉体；其中，粘结剂采用聚乙烯醇；过筛过程，筛网采用40目筛网和80目筛网；流动粉体为40-80目之间的粉体。
步骤7、将流动性好的粉体放置24h以上，得到性能稳定的粉体；取适量的粉体放入压片机中进行压片压制，得到致密且均匀的素胚；其中，每个素胚的质量为0.2-0.4g；采用压片机进行压片时，压片压强为240MPa，保压时间为40s。
步骤8、将素胚置于冷等静压机中，对素胚进行等静压压片处理，得到二次压片成型素胚；其中，素胚进行等静压压片处理过程，油压压强为240MPa，保压时间为6min。
步骤9、对二次压片成型的素胚进行排胶、烧结处理后，得到所述的无铅压电陶瓷材料；其中，排胶温度为560℃，保温时间为5h；烧结温度为1150℃，烧结时间为6h。
实施例3
本实施例提供了一种无铅压电陶瓷材料，所述无铅压电陶瓷材料的组分化学通式为：(1-x％)0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3-x％NaNbO3，其中x＝4；即BNT-6BT-4NN。
实施例3中的无铅压电陶瓷材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、获取氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌，并分装在广口瓶中；将上述原料置于烘箱中进行烘烤，得到干燥的氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌。
其中，氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌的纯度均高于98％；其中，烘烤温度为135℃，烘烤时间为10h以上；烘烤过程采用称量纸对广口瓶瓶口进行封口，以防进入杂质。
步骤2、按照化学通式(1-4％)0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3-4％NaNbO3所示的化学计量比，分别称取干燥后的氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌。
步骤3、将称取的氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌加入至球磨罐中，进行一次球磨，充分混合后取出，并置于烘箱中进行干燥，得到一次球磨粉体。
其中，球磨过程采用无水乙醇作为球磨介质，无水乙醇的体积为每个球磨罐中混合原料总质量的1.2倍；球磨转速为400r/min，球磨时间为14h；对球磨处理后的混合浆料进行干燥处理时，烘烤温度为78℃，烘干时间为8h。
步骤4、将一次球磨粉体置于研钵中，研磨成均匀的粉体；然后将粉体压成块体，放置在马弗炉中进行预烧，得到预烧片；其中，预烧温度为850℃，预烧时间为3h。
步骤5、将预烧片放置在研钵中研磨后，再次加入球磨罐中，进行二次球磨，充分混合后取出，放入烘箱中进行干燥处理，得到二次球磨粉体；其中，二次球磨过程采用无水乙醇为球磨介质，无水乙醇的体积为每个球磨罐中混合原料总质量的1.4倍；球磨转速为380r/min，球磨时间为14h；干燥处理过程，烘烤温度78℃，烘干时间为7h。
步骤6、对二次球磨粉体进行造粒，得到流动性好的粉体；其中，造粒过程中加入粘结剂进行研磨，得到流动性好的粉体；其中，粘结剂采用聚乙烯醇；过筛过程，筛网采用40目筛网和80目筛网；流动粉体为40-80目之间的粉体。
步骤7、将流动性好的粉体放置24h以上，得到性能稳定的粉体；取适量的粉体放入压片机中进行压片压制，得到致密且均匀的素胚；其中，每个素胚的质量为0.2-0.4g；采用压片机进行压片时，压片压强为280MPa，保压时间为50s。
步骤8、将素胚置于冷等静压机中，对素胚进行等静压压片处理，得到二次压片成型素胚；其中，素胚进行等静压压片处理过程，油压压强为270MPa，保压时间为10min。
步骤9、对二次压片成型的素胚进行排胶、烧结处理后，得到所述的无铅压电陶瓷材料；其中，排胶温度为580℃，保温时间为5h；烧结温度为1150℃，烧结时间为6h。
实施例4
本实施例提供了一种无铅压电陶瓷材料，所述无铅压电陶瓷材料的组分化学通式为：(1-x％)0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3-x％NaNbO3，其中x＝6；即BNT-6BT-6NN。
实施例4中的无铅压电陶瓷材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、获取氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌，并分装在广口瓶中；将上述原料置于烘箱中进行烘烤，得到干燥的氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌。
其中，氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌的纯度均高于98％；其中，烘烤温度为140℃，烘烤时间为10h以上；烘烤过程采用称量纸对广口瓶瓶口进行封口，以防进入杂质。
步骤2、按照化学通式(1-6％)0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3-6％NaNbO3所示的化学计量比，分别称取干燥后的氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌。
步骤3、将称取的氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌加入至球磨罐中，进行一次球磨，充分混合后取出，并置于烘箱中进行干燥，得到一次球磨粉体。
其中，球磨过程采用无水乙醇作为球磨介质，无水乙醇的体积为每个球磨罐中混合原料总质量的1.2倍；球磨转速为400r/min，球磨时间为16h；对球磨处理后的混合浆料进行干燥处理时，烘烤温度为80℃，烘干时间为8h。
步骤4、将一次球磨粉体置于研钵中，研磨成均匀的粉体；然后将粉体压成块体，放置在马弗炉中进行预烧，得到预烧片；其中，预烧温度为900℃，预烧时间为4h。
步骤5、将预烧片放置在研钵中研磨后，再次加入球磨罐中，进行二次球磨，充分混合后取出，放入烘箱中进行干燥处理，得到二次球磨粉体；其中，二次球磨过程采用无水乙醇为球磨介质，无水乙醇的体积为每个球磨罐中混合原料总质量的1.5倍；球磨转速为400r/min，球磨时间为16h；干燥处理过程，烘烤温度80℃，烘干时间为8h。
步骤6、对二次球磨粉体进行造粒，得到流动性好的粉体；其中，造粒过程中加入粘结剂进行研磨，得到流动性好的粉体；其中，粘结剂采用聚乙烯醇；过筛过程，筛网采用40目筛网和80目筛网；流动粉体为40-80目之间的粉体。
步骤7、将流动性好的粉体放置24h以上，得到性能稳定的粉体；取适量的粉体放入压片机中进行压片压制，得到致密且均匀的素胚；其中，每个素胚的质量为0.2-0.4g；采用压片机进行压片时，压片压强为300MPa，保压时间为60s。
步骤8、将素胚置于冷等静压机中，对素胚进行等静压压片处理，得到二次压片成型素胚；其中，素胚进行等静压压片处理过程，油压压强为300MPa，保压时间为8min。
步骤9、对二次压片成型的素胚进行排胶、烧结处理后，得到所述的无铅压电陶瓷材料；其中，排胶温度为600℃，保温时间为6h；烧结温度为1200℃，烧结时间为14h。
以实施例1-4所制备的无铅压电陶瓷材料为研究对象，分别对上述实施例1-4中所制备的无铅压电陶瓷材料的结构和铁电性能进行测试，测试结果如下：
如附图1所示，附图1中给出了实施例1-4中依次制备的BNT-6BT-0NN、BNT-6BT-3.5NN、BNT-6BT-4NN和BNT-6BT-6NN陶瓷材料的XRD示意图；从附图1中可以看到，实施例1-4中制备的无铅压电陶瓷材料为单一的钙钛矿结构，无其他杂相产生，说明NN可以完全融入到BNT-6BT的基体中，不会给BNT-6BT基体带来其他杂相。
如附图2所示，附图2中给出了实施例1-4中依次制备的BNT-6BT-0NN、BNT-6BT-3.5NN、BNT-6BT-4NN和BNT-6BT-6NN陶瓷材料的单边应变曲线图，即S-E图；从附图2中可以看出，NN的引入可以明显改善BNT-6BT陶瓷的应变性能，使BNT-6BT-xNN陶瓷获得高于0.5％-0.6％的单边应变性能，其明显高于现有BNT基的其他陶瓷体系，有助于在驱动器领域和微位移技术的应用；实施例中，通过在BNT-6BT基体中加入NN后，陶瓷的弛豫性增加，在电场的作用下更容易发生弛豫相向铁电相的转变，同时伴随着增加的应变性能。
本发明所述的无铅压电陶瓷材料及其制备方法，通过在BNT-6BT基体中，引入具有反铁电特性的NN，重新构建了具有高活性的弛豫相与铁电相共存的相界，在电场作用下弛豫相能够更容易快速向铁电相发生翻转；制备过程通过造粒压片和等静压压片结合的压片方式，大大提高了陶瓷的质量，与其他无铅陶瓷材料体系相比，BNT-6BT-xNN压电陶瓷的应变性能有了明显的提高，可达到0.5-0.6％；同时，烧结特性良好，可以在较宽的温度范围以及烧结时间内进行烧结，工艺条件易于控制，实用性较强，有助于工业化大规模生产。
上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

Claims (9)

1.一种无铅压电陶瓷材料，其特征在于，所述压电陶瓷材料的化学通式表示如下：(1-x％)0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3-x％NaNbO3；其中，x％为(Bi0.5Na0.5)TiO3的摩尔百分比，0≤x≤6。
2.根据权利要求1所述的一种无铅压电陶瓷材料，其特征在于，所述无铅压电陶瓷材料具有铁电-弛豫相界。
3.一种无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述无铅压电陶瓷材料为权利要求1或2所述的无铅压电陶瓷材料；包括以下步骤：
步骤1、分别称取氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌，研磨混合后，得到一次球磨粉体；对一次球磨粉体进行预烧，得到预烧片；
步骤2、对预烧片进行二次研磨，得到二次球磨粉体；
步骤3、利用二次球磨粉体进行造粒，压制，得到素胚；
步骤4、对素胚进行等静压压片处理，得到二次压片成型素胚；
步骤5、对二次压片成型素胚进行排胶、烧结处理后，得到所述的无铅压电陶瓷材料。
4.根据权利要求3所述的一种无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，氧化铋、碳酸钠、二氧化钛、碳酸钡及五氧化二铌的纯度均高于98％。
5.根据权利要求3所述的一种无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，对一次球磨粉体进行预烧过程，具体如下：
将一次球磨粉体进行均匀研磨后，压成块体，并进行预烧，得到预烧片；其中，预烧温度为800-900℃，预烧时间为2-4h。
6.根据权利要求3所述的一种无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，对二次球磨粉体进行造粒过程，具体如下：
在二次球磨粉体中加入粘结剂，研磨过筛后，得到流动粉体；其中，流动粉体的目数为40-80目。
7.根据权利要求3所述的一种无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，压制得到素胚的过程中，采用压片机进行压片，压片压强为200-300MPa，保压时间为30-60s。
8.根据权利要求3所述的一种无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤4中，对素胚进行等静压压片处理过程，等静压压片的压强为200-300MPa，保压时间为5-10min。
9.根据权利要求3所述的一种无铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤5中，排胶温度为550-600℃，保温时间为4-6h；烧结温度为1125-1200℃，烧结时间为2-14h。
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