CN114455944B - 一种铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114455944B
CN114455944B CN202210109316.9A CN202210109316A CN114455944B CN 114455944 B CN114455944 B CN 114455944B CN 202210109316 A CN202210109316 A CN 202210109316A CN 114455944 B CN114455944 B CN 114455944B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ball milling
temperature
sintering
bismuth layer
structured
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
Application number
CN202210109316.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114455944A (zh
Inventor
余洋
王海圣
姜旭宇
丁忆
刘瑞林
翁新全
柯银鸿
许静玲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen Niell Electronics Co ltd
Original Assignee
Xiamen Niell Electronics Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen Niell Electronics Co ltd filed Critical Xiamen Niell Electronics Co ltd
Priority to CN202210109316.9A priority Critical patent/CN114455944B/zh
Publication of CN114455944A publication Critical patent/CN114455944A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114455944B publication Critical patent/CN114455944B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • C04B41/45—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
    • C04B41/5122—Pd or Pt
    • 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
    • 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
    • C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3203—Lithium oxide 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
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • 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
    • C04B2235/3258—Tungsten oxides, tungstates, 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
    • C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3279—Nickel oxides, nickalates, 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
    • C04B2235/3284—Zinc oxides, zincates, cadmium oxides, cadmiates, mercury oxides, mercurates 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
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明公开了一种铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法，其化学计量式为Ca(1‑x)Li2xBi4Ti4‑y(Ni2/3W1/3)yO15+z wt％ZnO，其中，0＜x＜0.1，0＜y≤0.2，0＜z≤0.6。该铋层状结构压电陶瓷材料具备压电性能优异、介电损耗低、居里温度高和高温电阻率高的优点，同时制备工艺简单稳定，操作方便，适合工业生产。

Description

一种铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及压电陶瓷材料领域，特别涉及一种铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
压电加速度计的核心敏感元件是压电材料，压电材料的性能优异与否直接决定了压电加速度计的优劣，因此针对提高压电材料性能的研究就显得至关重要。常见的压电材料一般可分为压电单晶与陶瓷，如铌酸锂单晶的压电常数高，居里温度高，但存在着制备工艺复杂，技术难度高等不利因素，因此成本居高不下，难以工业化大规模应用。而锆钛酸铅体系压电陶瓷的居里温度不超过400℃，钪酸铋-钛酸铅体系压电陶瓷居里温度可达450℃，但其使用温度仍不超过350℃，均无法满足高温服役所需。
铋层状结构压电陶瓷中的CaBi4Ti4O15(CBT)拥有理想的高居里温度(780℃)和优异高温电阻率(7×105Ω·cm@600℃)，但其压电常数较低，仅为7.5pC/N，改性提高CaBi4Ti4O15体系压电陶瓷的压电性能具备很好的研究意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提出一种铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法，该铋层状结构压电陶瓷材料具备压电性能优异、介电损耗低、居里温度高和高温电阻率高的优点，同时制备工艺简单稳定，操作方便，适合工业生产。为此，本发明采用以下技术方案：
一种铋层状结构压电陶瓷材料，其化学计量式为Ca(1-x)Li2xBi4Ti4-y(Ni2/3W1/3)yO15+z wt％ZnO，其中，0＜x＜0.1，0＜y≤0.2，0＜z≤0.6。
基于相同的发明构思，本实施例还提供上述的铋层状结构压电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：S1、球磨，按照化学计量比称取各种原料放入球磨罐中混合球磨，得球磨料；S2、二次球磨，将所述球磨料烘干后模压成块体进行预烧结，得预烧结粉料，将所述预烧结粉料放入球磨罐中进行二次球磨，得二次球磨料；S3、成型，将所述二次球磨料烘干后充分研磨，加入粘合剂进行研磨造粒，得造粒粉体，将所述造粒粉体过筛后压制成型，进行排胶处理，得陶瓷坯体；S4、烧结，将所述陶瓷坯体放入密闭坩埚中进行烧结，得到烧结陶瓷片；S5、极化：将所述烧结陶瓷片两面抛光并印刷上电极，置于硅油中施加电压进行极化，得所述铋层状结构压电陶瓷材料。
优选的，所述步骤S1中，所述原料包括碳酸钙CaCO3、氧化铋Bi2O3、氧化钛TiO2、三氧化二镍Ni2O3、氧化钨WO3、碳酸锂Li2CO3和氧化锌ZnO。
优选的，所述步骤S1中，所述球磨罐中还放入玛瑙球和无水乙醇，原料、玛瑙球和无水乙醇的质量比为1:3:1，球磨的时间为10～12小时；所述步骤S2中，所述球磨罐中还放入玛瑙球和无水乙醇，原料、玛瑙球和无水乙醇的质量比为1:3:1，二次球磨的时间为24～48小时，烘干的温度为120℃；所述步骤S3中，烘干的温度为120℃。
优选的，所述步骤S2中，模压的压力为10～30MPa，预烧结的条件为：升温速率为3～5℃/min，升温至750～900℃，保温时间为2～4小时。
优选的，所述粘合剂为聚乙烯醇PVA水溶液，所述聚乙烯醇PVA水溶液的质量浓度为10％，所述聚乙烯醇PVA水溶液的质量为所述原料的总质量的8～12％。
优选的，过筛的目数为80目，压制成型的压力为2～30MPa，排胶处理的条件为：升温速率为1℃/min，升温至700～750℃，保温时间为2～4小时。
优选的，所述步骤S4中，烧结的温度为1100～1250℃，时间为2～4小时。
优选的，所述步骤S5中，在两面抛光的所述烧结陶瓷片上被铂再烧铂作为电极，烧铂的温度为900℃，时间为20～40分钟。
优选的，所述步骤S5中，极化的温度为180～240℃，电场强度为10～12kV/mm，时间为30～40分钟。
本技术方案的有益之处在于：
1、本发明提供的铋层状结构压电陶瓷材料具备压电性能优异、介电损耗低、居里温度高和高温电阻率高的优点；
2、本发明提供的铋层状结构压电陶瓷材料采用传统的固相反应法即可制备，制备工艺简单稳定，操作方便，适于大规模工业生产的推广，具有实际的应用价值和广泛的应用前景；
3、本发明提供的铋层状结构压电陶瓷材料在高温电子器件中具有实际应用价值，可满足高温压电加速度计的应用。
附图说明
图1为实施例二中制备得到的铋层状结构压电陶瓷材料的介电温谱图；
图2为实施例一至三中制备得到的铋层状结构压电陶瓷材料的退极化温度图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本发明，但是本发明能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本发明不受以下公开的具体实施的限制。
实施例一
本实施例提供一种铋层状结构压电陶瓷材料的制备方法，制备符合化学组成Ca(1-x)Li2xBi4Ti4-y(Ni2/3W1/3)yO15+z wt％ZnO，其中，x＝0.05，y＝0.01，z＝0.3的改性压电陶瓷材料。
本实施例所述的方法包括以下步骤：
S1、球磨，按照上述计量比称取分析纯的原料CaCO3(99.99％)、Bi2O3(99.99％)、TiO2(99.9％)、Ni2O3(99.99％)、WO3(99％)、Li2CO3(99.8％)和ZnO(99％)放入球磨罐中混合，同时将玛瑙球和无水乙醇一并放入球磨罐中，原料、玛瑙球和无水乙醇的质量比为1:3:1，进行球磨12小时，得球磨料。
S2、二次球磨，将球磨料在120℃下烘干，烘干后以20MPa的压力模压成块体进行预烧结，预烧结的条件为：升温速率为5℃/min，升温至750℃，保温时间为2小时，得预烧结粉料。将预烧结粉料二次球磨24小时，得二次球磨料。
S3、成型，将二次球磨料烘干后充分研磨，加入PVA水溶液进行研磨造粒，PVA的质量浓度为10％，加入的PVA水溶液的质量为原料的总质量的8％，得造粒粉体，将造粒粉体过80目筛后，以2MPa的压力压制成直径为10毫米的薄圆坯，进行排胶处理排除PVA胶水，排胶处理的条件为：升温速率为1℃/min，升温至700℃，保温时间为3小时，得陶瓷坯体。
S4、烧结，将陶瓷坯体放入密闭坩埚中进行烧结，烧结的温度为1100℃，时间为4小时，得烧结陶瓷片。
S5、极化：将烧结陶瓷片两面抛光，被铂电极再于900℃下烧20分钟。将印刷上电极的烧结陶瓷片置于180℃硅油中施加10kV/mm的直流电场保持30分钟进行极化，得本实施例所述的铋层状结构压电陶瓷材料。
在其他实施例中，烧结陶瓷片上印刷的电极材料也可以为金。
实施例二
本实施例提供一种铋层状结构压电陶瓷材料的制备方法，制备符合化学组成Ca(1-x)Li2xBi4Ti4-y(Ni2/3W1/3)yO15+z wt％ZnO，其中，x＝0.05，y＝0.03，z＝0.3的改性压电陶瓷材料。
本实施例所述的方法包括以下步骤：
S1、球磨，按照上述计量比称取分析纯的原料CaCO3(99.99％)、Bi2O3(99.99％)、TiO2(99.9％)、Ni2O3(99.99％)、WO3(99％)、Li2CO3(99.8％)和ZnO(99％)放入球磨罐中混合，同时将玛瑙球和无水乙醇一并放入球磨罐中，原料、玛瑙球和无水乙醇的质量比为1:3:1，进行球磨10小时，得球磨料。
S2、二次球磨，将球磨料在120℃下烘干，烘干后以30MPa的压力模压成块体进行预烧结，预烧结的条件为：升温速率为3℃/min，升温至855℃，保温时间为3小时，得预烧结粉料。将预烧结粉料二次球磨48小时，得二次球磨料。
S3、成型，将二次球磨料烘干后充分研磨，加入PVA水溶液进行研磨造粒，PVA的质量浓度为10％，加入的PVA水溶液的质量为原料的总质量的12％，得造粒粉体，将造粒粉体过80目筛后，以30MPa的压力压制成直径为10毫米的薄圆坯，进行排胶处理排除PVA胶水，排胶处理的条件为：升温速率为1℃/min，升温至750℃，保温时间为2小时，得陶瓷坯体。
S4、烧结，将陶瓷坯体放入密闭坩埚中进行烧结，烧结的温度为1150℃，时间为3小时，得烧结陶瓷片。
S5、极化：将烧结陶瓷片两面抛光，被铂电极再于900℃下烧40分钟。将印刷上电极的烧结陶瓷片置于220℃硅油中施加12kV/mm的直流电场保持30分钟进行极化，得本实施例所述的铋层状结构压电陶瓷材料。
实施例三
本实施例提供一种铋层状结构压电陶瓷材料的制备方法，制备符合化学组成Ca(1-x)Li2xBi4Ti4-y(Ni2/3W1/3)yO15+z wt％ZnO，其中，x＝0.05，y＝0.05，z＝0.3的改性压电陶瓷材料。
本实施例所述的方法包括以下步骤：
S1、球磨，按照上述计量比称取分析纯的原料CaCO3(99.99％)、Bi2O3(99.99％)、TiO2(99.9％)、Ni2O3(99.99％)、WO3(99％)、Li2CO3(99.8％)和ZnO(99％)放入球磨罐中混合，同时将玛瑙球和无水乙醇一并放入球磨罐中，原料、玛瑙球和无水乙醇的质量比为1:3:1，进行球磨11小时，得球磨料。
S2、二次球磨，将球磨料在120℃下烘干，烘干后以20MPa的压力模压成块体进行预烧结，预烧结的条件为：升温速率为4℃/min，升温至900℃，保温时间为4小时，得预烧结粉料。将预烧结粉料二次球磨30小时，得二次球磨料。
S3、成型，将二次球磨料烘干后充分研磨，加入PVA水溶液进行研磨造粒，PVA的质量浓度为10％，加入的PVA水溶液的质量为原料的总质量的9％，得造粒粉体，将造粒粉体过80目筛后，以20MPa的压力压制成直径为10毫米的薄圆坯，进行排胶处理排除PVA胶水，排胶处理的条件为：升温速率为1℃/min，升温至750℃，保温时间为3小时，得陶瓷坯体。
S4、烧结，将陶瓷坯体放入密闭坩埚中进行烧结，烧结的温度为1250℃，时间为2小时，得烧结陶瓷片。
S5、极化：将烧结陶瓷片两面抛光，被铂电极再于900℃下烧30分钟。将印刷上电极的烧结陶瓷片置于240℃硅油中施加11kV/mm的直流电场保持40分钟进行极化，得本实施例所述的铋层状结构压电陶瓷材料。
实施例四
本实施例提供一种铋层状结构压电陶瓷材料的制备方法，制备符合化学组成Ca(1-x)Li2xBi4Ti4-y(Ni2/3W1/3)yO15+z wt％ZnO，其中，x＝0.05，y＝0.08，z＝0.3的改性压电陶瓷材料。
本实施例所述的方法包括以下步骤：
S1、球磨，按照上述计量比称取分析纯的原料CaCO3(99.99％)、Bi2O3(99.99％)、TiO2(99.9％)、Ni2O3(99.99％)、WO3(99％)、Li2CO3(99.8％)和ZnO(99％)放入球磨罐中混合，同时将玛瑙球和无水乙醇一并放入球磨罐中，原料、玛瑙球和无水乙醇的质量比为1:3:1，进行球磨10小时，得球磨料。
S2、二次球磨，将球磨料在120℃下烘干，烘干后以30MPa的压力模压成块体进行预烧结，预烧结的条件为：升温速率为3℃/min，升温至855℃，保温时间为3小时，得预烧结粉料。将预烧结粉料二次球磨48小时，得二次球磨料。
S3、成型，将二次球磨料烘干后充分研磨，加入PVA水溶液进行研磨造粒，PVA的质量浓度为10％，加入的PVA水溶液的质量为原料的总质量的12％，得造粒粉体，将造粒粉体过80目筛后，以30MPa的压力压制成直径为10毫米的薄圆坯，进行排胶处理排除PVA胶水，排胶处理的条件为：升温速率为1℃/min，升温至750℃，保温时间为2小时，得陶瓷坯体。
S4、烧结，将陶瓷坯体放入密闭坩埚中进行烧结，烧结的温度为1150℃，时间为3小时，得烧结陶瓷片。
S5、极化：将烧结陶瓷片两面抛光，被铂电极再于900℃下烧40分钟。将印刷上电极的烧结陶瓷片置于220℃硅油中施加12kV/mm的直流电场保持30分钟进行极化，得本实施例所述的铋层状结构压电陶瓷材料。
实施例五
本实施例提供一种铋层状结构压电陶瓷材料的制备方法，制备符合化学组成Ca(1-x)Li2xBi4Ti4-y(Ni2/3W1/3)yO15+z wt％ZnO，其中，x＝0.05，y＝0.1，z＝0.3的改性压电陶瓷材料。
本实施例所述的方法包括以下步骤：
S1、球磨，按照上述计量比称取分析纯的原料CaCO3(99.99％)、Bi2O3(99.99％)、TiO2(99.9％)、Ni2O3(99.99％)、WO3(99％)、Li2CO3(99.8％)和ZnO(99％)放入球磨罐中混合，同时将玛瑙球和无水乙醇一并放入球磨罐中，原料、玛瑙球和无水乙醇的质量比为1:3:1，进行球磨10小时，得球磨料。
S2、二次球磨，将球磨料在120℃下烘干，烘干后以30MPa的压力模压成块体进行预烧结，预烧结的条件为：升温速率为3℃/min，升温至855℃，保温时间为3小时，得预烧结粉料。将预烧结粉料二次球磨48小时，得二次球磨料。
S3、成型，将二次球磨料烘干后充分研磨，加入PVA水溶液进行研磨造粒，PVA的质量浓度为10％，加入的PVA水溶液的质量为原料的总质量的12％，得造粒粉体，将造粒粉体过80目筛后，以30MPa的压力压制成直径为10毫米的薄圆坯，进行排胶处理排除PVA胶水，排胶处理的条件为：升温速率为1℃/min，升温至750℃，保温时间为2小时，得陶瓷坯体。
S4、烧结，将陶瓷坯体放入密闭坩埚中进行烧结，烧结的温度为1150℃，时间为3小时，得烧结陶瓷片。
S5、极化：将烧结陶瓷片两面抛光，被铂电极再于900℃下烧40分钟。将印刷上电极的烧结陶瓷片置于220℃硅油中施加12kV/mm的直流电场保持30分钟进行极化，得本实施例所述的铋层状结构压电陶瓷材料。
实施例六
本实施例提供一种铋层状结构压电陶瓷材料的制备方法，制备符合化学组成Ca(1-x)Li2xBi4Ti4-y(Ni2/3W1/3)yO15+z wt％ZnO，其中，x＝0.05，y＝0.05，z＝0.6的改性压电陶瓷材料。
本实施例所述的方法包括以下步骤：
S1、球磨，按照上述计量比称取分析纯的原料CaCO3(99.99％)、Bi2O3(99.99％)、TiO2(99.9％)、Ni2O3(99.99％)、WO3(99％)、Li2CO3(99.8％)和ZnO(99％)放入球磨罐中混合，同时将玛瑙球和无水乙醇一并放入球磨罐中，原料、玛瑙球和无水乙醇的质量比为1:3:1，进行球磨10小时，得球磨料。
S2、二次球磨，将球磨料在120℃下烘干，烘干后以30MPa的压力模压成块体进行预烧结，预烧结的条件为：升温速率为3℃/min，升温至855℃，保温时间为3小时，得预烧结粉料。将预烧结粉料二次球磨48小时，得二次球磨料。
S3、成型，将二次球磨料烘干后充分研磨，加入PVA水溶液进行研磨造粒，PVA的质量浓度为10％，加入的PVA水溶液的质量为原料的总质量的12％，得造粒粉体，将造粒粉体过80目筛后，以30MPa的压力压制成直径为10毫米的薄圆坯，进行排胶处理排除PVA胶水，排胶处理的条件为：升温速率为1℃/min，升温至750℃，保温时间为2小时，得陶瓷坯体。
S4、烧结，将陶瓷坯体放入密闭坩埚中进行烧结，烧结的温度为1150℃，时间为3小时，得烧结陶瓷片。
S5、极化：将烧结陶瓷片两面抛光，被铂电极再于900℃下烧40分钟。将印刷上电极的烧结陶瓷片置于220℃硅油中施加12kV/mm的直流电场保持30分钟进行极化，得本实施例所述的铋层状结构压电陶瓷材料。
压电性能检测
分别检测实施例一至六制备的铋层状结构压电陶瓷材料的压电性能，检测结果见表1。
表1铋层状结构压电陶瓷材料的压电性能检测结果
Figure GDA0003850080280000101
相比未改性的CaBi4Ti4O15压电陶瓷材料，本发明提供的铋层状结构压电陶瓷材料在保持了低介电损耗、高居里温度和优异的高温体电阻率的前提下，材料的压电常数得到大幅提高。其中，参照附图1，实施例二制备的材料的居里温度达到798℃。参照附图2，实施例二制备的材料的退极化温度达到700℃。参照表1，实施例二制备的材料的压电常数达到23pC/N。
综合来说，本发明提供的铋层状结构压电陶瓷材料兼具高居里温度、低介电损耗和优异的高温电阻率(600℃)的优点，同时，具有较高的压电常数，可满足高温压电加速度计等高温压电器件在高温环境下服役使用的需求。
本发明提供的铋层状结构压电陶瓷材料采用传统的固相反应法即可制备，制备工艺简单稳定，操作方便，适于大规模工业生产的推广，具有实际的应用价值和广泛的应用前景。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铋层状结构压电陶瓷材料，其特征在于，其化学计量式为Ca(1-x)Li2xBi4Ti4-y(Ni2/3W1/3)yO15+z wt％ZnO，其中，x＝0.05，0＜y≤0.1，0＜z≤0.6。
2.一种如权利要求1所述的铋层状结构压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、球磨，按照化学计量比称取各种原料放入球磨罐中混合球磨，得球磨料；
S2、二次球磨，将所述球磨料烘干后模压成块体进行预烧结，得预烧结粉料，将所述预烧结粉料放入球磨罐中进行二次球磨，得二次球磨料；
S3、成型，将所述二次球磨料烘干后充分研磨，加入粘合剂进行研磨造粒，得造粒粉体，将所述造粒粉体过筛后压制成型，进行排胶处理，得陶瓷坯体；
S4、烧结，将所述陶瓷坯体放入密闭坩埚中进行烧结，得到烧结陶瓷片；
S5、极化：将所述烧结陶瓷片两面抛光并印刷上电极，置于硅油中施加电压进行极化，得所述铋层状结构压电陶瓷材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述原料包括碳酸钙CaCO3、氧化铋Bi2O3、氧化钛TiO2、三氧化二镍Ni2O3、氧化钨WO3、碳酸锂Li2CO3和氧化锌ZnO。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述球磨罐中还放入玛瑙球和无水乙醇，原料、玛瑙球和无水乙醇的质量比为1:3:1，球磨的时间为10～12小时；
所述步骤S2中，所述球磨罐中还放入玛瑙球和无水乙醇，原料、玛瑙球和无水乙醇的质量比为1:3:1，二次球磨的时间为24～48小时，烘干的温度为120℃；
所述步骤S3中，烘干的温度为120℃。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，模压的压力为10～30MPa，预烧结的条件为：升温速率为3～5℃/min，升温至750～900℃，保温时间为2～4小时。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述粘合剂为聚乙烯醇PVA水溶液，所述聚乙烯醇PVA水溶液的质量浓度为10％，所述聚乙烯醇PVA水溶液的质量为所述原料的总质量的8～12％。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，过筛的目数为80目，压制成型的压力为2～30MPa，排胶处理的条件为：升温速率为1℃/min，升温至700～750℃，保温时间为2～4小时。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，烧结的温度为1100～1250℃，时间为2～4小时。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，在两面抛光的所述烧结陶瓷片上被铂再烧铂作为电极，烧铂的温度为900℃，时间为20～40分钟。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，极化的温度为180～240℃，电场强度为10～12kV/mm，时间为30～40分钟。
CN202210109316.9A 2022-01-28 2022-01-28 一种铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法 Active CN114455944B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210109316.9A CN114455944B (zh) 2022-01-28 2022-01-28 一种铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210109316.9A CN114455944B (zh) 2022-01-28 2022-01-28 一种铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114455944A CN114455944A (zh) 2022-05-10
CN114455944B true CN114455944B (zh) 2022-11-11

Family

ID=81411396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210109316.9A Active CN114455944B (zh) 2022-01-28 2022-01-28 一种铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114455944B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116120054B (zh) * 2023-02-10 2024-03-12 厦门乃尔电子有限公司 一种钛酸铋钙基压电陶瓷材料及其制备方法
CN116462506B (zh) * 2023-04-14 2024-06-11 厦门乃尔电子有限公司 一种兼具优异高温绝缘性及压电性的铋层状陶瓷及其制备方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001181030A (ja) * 1999-02-08 2001-07-03 Murata Mfg Co Ltd 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子
CN1994966A (zh) * 2006-12-25 2007-07-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高温下稳定使用的铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法
KR20100012373A (ko) * 2008-07-28 2010-02-08 한국세라믹기술원 전자디바이스용 고유전율 복합유전체
WO2012133077A1 (ja) * 2011-03-25 2012-10-04 株式会社村田製作所 積層セラミックコンデンサ、誘電体セラミック、積層セラミック電子部品および積層セラミックコンデンサの製造方法
CN103482975A (zh) * 2013-09-11 2014-01-01 福建火炬电子科技股份有限公司 一种高介电常数x8r型mlcc介质材料及其制备方法
CN104529447A (zh) * 2014-12-26 2015-04-22 中国科学院声学研究所 铋层状复合结构压电陶瓷材料及其制备方法
CN104529435A (zh) * 2014-12-26 2015-04-22 中国科学院声学研究所 铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法
CN105837200A (zh) * 2016-04-05 2016-08-10 四川大学 一种锰掺杂钛铌酸铋钙锂铈基陶瓷材料及其制备方法
CN111362691A (zh) * 2020-03-14 2020-07-03 杭州电子科技大学 铋层状结构钛酸铋钙高温压电陶瓷材料及其制备方法
CN112723881A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 有研工程技术研究院有限公司 一种具有高温度稳定性的介电陶瓷材料
CN113896526A (zh) * 2021-10-22 2022-01-07 厦门乃尔电子有限公司 一种压电性高、高温绝缘性好的压电材料及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4307804A1 (de) * 1993-03-12 1994-09-15 Hoechst Ceram Tec Ag Piezokeramischer Werkstoff mit großer piezoelektrischer Aktivität und hoher Dielektrizitätszahl
CN100503511C (zh) * 2004-08-18 2009-06-24 株式会社村田制作所 压电陶瓷组成物及压电元件

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001181030A (ja) * 1999-02-08 2001-07-03 Murata Mfg Co Ltd 圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電セラミック素子
CN1994966A (zh) * 2006-12-25 2007-07-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高温下稳定使用的铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法
KR20100012373A (ko) * 2008-07-28 2010-02-08 한국세라믹기술원 전자디바이스용 고유전율 복합유전체
WO2012133077A1 (ja) * 2011-03-25 2012-10-04 株式会社村田製作所 積層セラミックコンデンサ、誘電体セラミック、積層セラミック電子部品および積層セラミックコンデンサの製造方法
CN103482975A (zh) * 2013-09-11 2014-01-01 福建火炬电子科技股份有限公司 一种高介电常数x8r型mlcc介质材料及其制备方法
CN104529447A (zh) * 2014-12-26 2015-04-22 中国科学院声学研究所 铋层状复合结构压电陶瓷材料及其制备方法
CN104529435A (zh) * 2014-12-26 2015-04-22 中国科学院声学研究所 铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法
CN105837200A (zh) * 2016-04-05 2016-08-10 四川大学 一种锰掺杂钛铌酸铋钙锂铈基陶瓷材料及其制备方法
CN111362691A (zh) * 2020-03-14 2020-07-03 杭州电子科技大学 铋层状结构钛酸铋钙高温压电陶瓷材料及其制备方法
CN112723881A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 有研工程技术研究院有限公司 一种具有高温度稳定性的介电陶瓷材料
CN113896526A (zh) * 2021-10-22 2022-01-07 厦门乃尔电子有限公司 一种压电性高、高温绝缘性好的压电材料及其制备方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CaBi4Ti4O15高温无铅压电陶瓷的B位高价掺杂改性研究;郑敏贵等;《稀有金属材料与工程》;20091215;第292-295页 *
Temperature stability of PMS-xPNW-(0.95-x)PZT ceramics;Tan Huanyin等;《RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING》;20060831;第35卷;第194-197页 *
应用于高温压电传感器的铋层状无铅压电陶瓷综述;王海圣等;《中国陶瓷》;20190205;第1-6+17页 *
组分影响CaBi4Ti4O15介电性能的研究;郑夏莲等;《硅酸盐通报》;20060131;第105-108页 *
铌酸钾钠基无铅压电陶瓷相界构建及微观形貌调控的研究;王媛玉;《中国博士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅱ辑)》;20161015;第C042-2页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114455944A (zh) 2022-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114455944B (zh) 一种铋层状结构压电陶瓷材料及其制备方法
CN110590352B (zh) 低极化场强产生高压电铁酸铋-钛酸钡基压电陶瓷及制备
CN108751982B (zh) 一种无铅高储能密度陶瓷材料及其制备方法
CN110451955B (zh) 钛酸铋钠-钛酸钡基无铅弛豫铁电体储能陶瓷及其制备方法
CN109796205B (zh) 一种铋层状结构钛钽酸铋高温压电陶瓷材料及其制备方法
CN102167585B (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
CN113896526B (zh) 一种压电性高、高温绝缘性好的压电材料及其制备方法
CN113548892B (zh) 具有宽温区高压电性能的铌酸钾钠基透明陶瓷材料及其制备方法
CN112919903B (zh) 高效电容器用钛酸锶铋基无铅陶瓷材料及其制备方法
CN103979955A (zh) 锂-铝离子对掺杂改性的钛酸钡基无铅压电陶瓷材料及其制备方法
CN116120054B (zh) 一种钛酸铋钙基压电陶瓷材料及其制备方法
CN101891472A (zh) 钙钛矿结构高居里温度无铅压电陶瓷及其制备方法
CN115636667A (zh) 一种镧掺杂钪钽酸铅钛酸铅压电陶瓷及其制备方法和应用
CN110550953A (zh) 一种钛酸铋钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN115385683A (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
CN111704463A (zh) 电介质陶瓷材料及其制备方法
CN113603482A (zh) 一种铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN113979748A (zh) 一种铌酸钠钾基无铅压电陶瓷及其制备方法
CN111807838B (zh) 一种Na0.25K0.25Bi2.5Nb2O9陶瓷的制备方法及其产品
CN102010195B (zh) 一种掺锆和钼的铋层状无铅压电陶瓷材料及其制备方法
CN114478007A (zh) 一种具有良好工艺容忍性的高压电及高介电性能的铌酸钠基陶瓷材料及其制备方法与应用
CN101186501B (zh) 一种铌酸盐压电陶瓷及其制备方法
CN113233891A (zh) 一种无铅压电陶瓷材料及其制备方法
CN114436652B (zh) 一种锆钛酸铅-铌钽镁酸铅压电陶瓷材料及其制备方法
CN114262225B (zh) 一种高纯纳米电子陶瓷及其制备方法

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