CN117623758A - 一种铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁酸铋‑钛酸钡织构化压电陶瓷及其制备方法,属于陶瓷制备技术领域,所述制备方法包括:以(001)晶向的BaTiO3片状微晶为模板,与(1‑x)BiFeO3‑xBaTiO3陶瓷基体粉混合,通过流延工艺使基体粉沿模板晶向生长,期间,通过控制BaTiO3片状微晶的量,使其与陶瓷基体粉的体积比不超过0.06,流延膜厚度为30~50μm,且采用温度高达970℃~1040℃的高温烧结与高温淬火的方式,最终形成织构化的BF‑BT陶瓷,所形成的陶瓷具有较好的压电性能和织构度,且上述方法工艺简单,不需要添加额外的材料。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷制备技术领域,具体涉及一种铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷及其制备方法。
背景技术
铁酸铋-钛酸钡(BF-BT)陶瓷具有较高的居里温度和较好的压电性能,成为高温压电陶瓷领域最有潜力的材料之一。且BF-BT陶瓷在(001)晶向呈现出更为优异的压电性能,沿(001)晶向织构化可以在不降低居里温度的同时有效提高陶瓷的压电性能。目前已有采用模板晶粒生长法(Templated Grain Growth,TGG),通过流延工艺使模板在陶瓷基体中定向分布,陶瓷晶粒沿着(001)模板的取向定向生长,从而提高陶瓷的压电性能。
例如,专利CN115745597A《利用冷烧结技术制备铁酸铋-钛酸钡压电织构陶瓷的方法》公开了一种沿(001)晶向织构化的BF-BT陶瓷,其以(001)晶向的BaTiO3片状微晶为模板,与(1-x)BiFeO3-xBaTiO3陶瓷基体粉混合,通过流延工艺使基体粉沿模板晶向生长,形成织构化的BF-BT陶瓷。在该制备期间,涉及到烧结工序,温度的高低会直接影响陶瓷的性能,温度过高,模板会与陶瓷基体发生反应导致模板消失使得陶瓷晶粒不能沿模板晶相生长,陶瓷织构度较低甚至没有织构度。因此,该专利强调采用冷烧结技术,最终获得了压电系数高达210pC/N、织构度高达62%的BF-BT陶瓷。
然而,采用冷烧结技术,需要添加MnO2、烧结助剂Ba(OH)2﹒8H2O等辅助材料,耗材增多。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷及其制备方法,其目的在于使用高温烧结制备性能优异的织构化压电陶瓷且不需要额外增加辅助耗材。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种利用高温烧结技术制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷的方法,其特征在于,包括:
步骤S1:制备晶向为(001)的BaTiO3片状模板以及陶瓷基体粉,所述陶瓷基体粉为将(1-x)BiFeO3-xBaTiO3预烧粉进行球磨得到;
步骤S2:将陶瓷基体粉与分散剂、溶剂混合,进行有球搅拌,得到混合浆料,将球移去,向混合浆料中加入BaTiO3片状模板,进行无球搅拌,再向混合浆料中加入粘结剂、增塑剂,进行无球搅拌得到流延浆料,其中,陶瓷基体粉与BaTiO3片状模板的体积比范围为1:[0.02~0.06];
步骤S3:将流延浆料进行除泡处理;
步骤S4:将除泡后的流延浆料流延得到流延膜,控制流延膜的厚度为30~50μm;
步骤S5:将流延膜裁切片,再进行叠层、热压成型得到陶瓷生坯;
步骤S6:将陶瓷生坯进行冷等静压与排胶操作;
步骤S7:将冷等静压后的陶瓷生坯在950℃~1040℃的高温下进行高温烧结3h~16h后进行高温淬火,得到织构陶瓷。
在其中一个实施例中,陶瓷基体粉与BaTiO3片状模板的体积比范围为1:[0.02~0.03]。
在其中一个实施例中,所述高温淬火为将烧结产物直接从高温环境转移至室温环境下进行淬火。
在其中一个实施例中,在步骤S2中,溶剂采用乙醇和甲苯,分散剂采用三油酸甘油酯,粘结剂采用聚乙烯醇缩丁醛,增塑剂采用聚乙二醇和邻苯二甲酸丁苄酯,陶瓷基体粉:无水乙醇:甲苯:三油酸甘油酯:聚乙烯醇缩丁醛:聚乙二醇:邻苯二甲酸丁苄酯的质量比为1:0.521:0.2:0.01:0.0125:0.005:0.005。
在其中一个实施例中,(1-x)BiFeO3-xBaTiO3预烧粉中,x=0.2~0.5。
在其中一个实施例中,在步骤S6中,进行冷等静压与排胶操作包括:
将陶瓷生坯冷等静压,然后进行排胶,排胶后再次冷等静压,排胶过程以0.4℃/min~0.6℃/min的升温速率升高至550℃~600℃后保温2h~3h,两次冷等静压的压力为150MPa~200MPa,时间为5min~10min。
在其中一个实施例中,在步骤S1中,制备晶向为(001)的BaTiO3片状模板的操作过程包括:
步骤S11:将Bi2O3和TiO2按照反应式2Bi2O3+3TiO2→Bi4Ti3O12的配比混合,用乙醇球磨5h~17h,然后加入等质量的摩尔比为1:1的KCl/NaCl继续球磨,烘干过筛后放入坩埚中在以1℃~10℃升温速率至1025℃~1100℃保温1h~4h,再用热去离子水反复冲洗掉盐,得到Bi4Ti3O12前驱体;
步骤S12:将Bi4Ti3O12前躯体与TiO2、BaCO3按照反应式Bi4Ti3O12+BaCO3+TiO2→BaBi4Ti4O15+CO2的配比混合,用乙醇球磨,然后加入等质量的摩尔比为1:1的KCl/BaCl2·2H2O,继续球磨,烘干过筛后在1050℃保温2h~3h,再用热去离子水反复清洗掉盐,得到BaBi4Ti4O15前驱体;
步骤S13:将BaBi4Ti4O15前驱体与BaCO3按照摩尔比1:4配比混合,然后和摩尔比为1:1的KCl/NaCl在乙醇中轻柔地搅拌均匀,烘干后在900℃~950℃保温3h~4h,先用热去离子水反复清洗掉盐,再用稀硝酸反复清洗去除Bi2O3和BaO,最后再用去离子水清洗得到晶向为(001)的BaTiO3片状模板。
在其中一个实施例中,在步骤S1中,制备陶瓷基体粉的操作过程包括:
将Bi2O3、Fe2O3、TiO2、BaCO3粉料按照(1-x)BiFeO3-xBaTiO3化学计量称量后加入无水乙醇进行第一次球磨得到浆料,将浆料干燥后进行煅烧制备(1-x)BiFeO3-xBaTiO3预烧粉,再将预烧粉经过第二次球磨得到陶瓷基体粉。
在其中一个实施例中,所述方法还包括:
步骤S8:将织构陶瓷表面打磨处理,并在其上下表面涂上导电银浆;
步骤S9:将涂有导电银浆的织构陶瓷煅烧处理后进行极化。
按照本发明的另一方面,提供了一种铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷,其特征在于,由上述制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷的方法制备而成。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
本发明提出一种制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷的方法,其以(001)晶向的BaTiO3片状微晶为模板,与(1-x)BiFeO3-xBaTiO3陶瓷基体粉混合,通过流延工艺使基体粉沿模板晶向生长,期间,通过控制BaTiO3片状微晶的量,使其与陶瓷基体粉的体积比不超过0.06,流延膜厚度为30~50μm,且采用温度高达970℃~1040℃的高温烧结与高温淬火的方式,最终形成织构化的BF-BT陶瓷,所形成的陶瓷具有较好的压电性能和织构度,且上述方法工艺简单,不需要添加额外的材料。
进一步地,控制陶瓷基体粉与BaTiO3片状模板的体积比范围为1:[0.02~0.03],可以获取相对更高的压电系数和织构度,其性能远优于现有方案制备出的铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷。
进一步地,按照x=0.2~0.5配置(1-x)BiFeO3-xBaTiO3预烧粉,处于此范围内的陶瓷在准同型相界附近取得最优压电性能。
进一步地,步骤S6中,将陶瓷生坯冷等静压,然后进行排胶,排胶后再次冷等静压,可以排去样品中残余气孔,使样品更致密,并能令大尺寸片状模板与基体细粉晶粒结合更紧密,有利于织构的形成。
附图说明
图1为本发明一实施例中的利用高温烧结技术制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷步骤流程图;
图2为本发明一实施例中的BaTiO3片状模板的XRD图像;
图3为本发明一实施例中的BaTiO3片状模板的SEM图像;
图4为本发明一实施例中的BaTiO3片状模板织构的BF-BT陶瓷的截面SEM图像;
图5为本发明模板含量为0.03、烧结温度为970℃织构样品的XRD图像。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。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。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示为本发明一实施例中的利用高温烧结技术制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷步骤流程图,其主要包括以下步骤:
步骤S1:制备晶向为(001)的BaTiO3片状模板以及陶瓷基体粉,所述陶瓷基体粉为将(1-x)BiFeO3-xBaTiO3预烧粉进行球磨得到。
具体地,可以通过以下操作制备晶向为(001)的BaTiO3片状模板:
步骤S11、将Bi2O3和TiO2按照反应式2Bi2O3+3TiO2→Bi4Ti3O12的配比混合,用乙醇球磨5-17h,球磨转速为365r/min,然后加入等质量的摩尔比为1:1的KCl/NaCl继续球磨5h,烘干过筛后放入坩埚中在以1℃~10℃升温速率至1025℃~1100℃保温1h~4h,再用热去离子水反复冲洗掉盐,得到Bi4Ti3O12前驱体;
步骤S12、将S11所得到的Bi4Ti3O12前躯体与TiO2、BaCO3按照反应式Bi4Ti3O12+BaCO3+TiO2→BaBi4Ti4O15+CO2的配比混合,用乙醇球磨5h,然后加入等质量的摩尔比为1:1的KCl/BaCl2·2H2O,继续球磨5h,烘干过筛后在1050℃保温3h,再用热去离子水反复清洗掉盐,得到BaBi4Ti4O15前驱体;
步骤S13、将S12所得到BaBi4Ti4O15前驱体与BaCO3按照摩尔比1:4配比混合,为了使BaBi4Ti4O15充分反应,BaCO3适当过量,然后和摩尔比为1:1的KCl/NaCl(其中盐和粉料质量比为(0.5-3):1)在乙醇中轻柔地搅拌均匀,反应式BaBi4Ti4O15+3BaCO3→4BaTiO3+2Bi2O3+3CO2,烘干后在970℃保温3-4h,先用热去离子水反复清洗掉盐,再用浓度为1mol/L的稀硝酸反复清洗去除Bi2O3和BaO,最后再用去离子水清洗得到晶向为(001)的BaTiO3片状微晶。
具体地,可以通过以下操作制备陶瓷基体粉:
将Bi2O3、Fe2O3、TiO2、BaCO3粉料按照(1-x)BiFeO3-xBaTiO3(x=0.2-0.5)化学计量称量后加入无水乙醇进行第一次球磨得到浆料,将浆料干燥后过80目筛,然后进行煅烧制备(1-x)BiFeO3-xBaTiO3(x=0.2-0.5)预烧粉,再将预烧粉经过第二次球磨得到陶瓷基体粉。
具体地,球磨所采用的磨球为锆球,球磨机转速为365r/min,球磨时间为12-24h。
具体地,第一次球磨所得到的浆料通过烘箱干燥后,在800℃保温6h进行煅烧制备(1-x)BiFeO3-xBaTiO3预烧粉。在一实施例中,x=0.2~0.5,处于此范围内的陶瓷在准同型相界附近取得最优压电性能。
步骤S2:将陶瓷基体粉与分散剂、溶剂混合,进行有球搅拌,得到混合浆料,将球移去,向混合浆料中加入BaTiO3片状模板,进行无球搅拌,再向混合浆料中加入粘结剂、增塑剂,进行无球搅拌得到流延浆料,其中,陶瓷基体粉与BaTiO3片状模板的体积比范围为1:[0.02~0.06]。
具体地,溶剂采用乙醇和甲苯,分散剂采用三油酸甘油酯,粘结剂采用聚乙烯醇缩丁醛,增塑剂采用聚乙二醇和邻苯二甲酸丁苄酯,陶瓷基体粉:无水乙醇:甲苯:三油酸甘油酯:聚乙烯醇缩丁醛:聚乙二醇:邻苯二甲酸丁苄酯质量比为1:(0.3-0.7):(0.1-0.3):(0.001-0.02):(0.005-0.02):(0.001-0.01):(0.001-0.01)。
可以理解的,辅助试剂并不一定限制于上述举例,例如,溶剂还可以采用丁酮等,分散剂还可以采用玉米油等,粘结剂还可以采用聚乙烯醇、聚丙烯酸等,增塑剂还可以采用邻苯二甲酸二丁酯等。
需要注意的是,在该步骤中,在加入BaTiO3片状模板期间以及之后,需要将有球搅拌换成无球搅拌,无球搅拌可以减小对BaTiO3片状模板结构的破坏。
具体地,步骤S2在搅拌除泡机中进行,有球搅拌时间为45分钟,第一次无球搅拌时间为5分钟,第二次无球搅拌时间为15分钟。
同时,本发明强调陶瓷基体粉与BaTiO3片状模板的体积比范围为1:[0.02~0.06]。在常规的高温烧结下,BaTiO3片状模板加入过多,会降低其居里温度及退极化温度。本发明经试验发现,控制BaTiO3片状模板的量,仅加入不超过0.06的BaTiO3片状模板,配合后续的高温淬火,可以得到织构化BF-BT陶瓷,且具有较好的压电系数。
步骤S3:将流延浆料进行除泡处理。
具体地,真空除泡时间为5~7分钟。
步骤S4:将除泡后的流延浆料流延得到流延膜,控制流延膜的厚度为30~50μm。
具体地,流延浆料在流延机上通过100-250μm的刮刀流延得到流延膜,流延速度为0.5cm/s-1.5cm/s,流延膜厚度为30-50μm,流延膜太薄,不易起膜,太厚,BaTiO3片状模板难以水平平铺于流延膜内,排布无规律,导致织构度较低。
步骤S5:将流延膜裁切片,再进行叠层、热压成型得到陶瓷生坯。
具体地,通过裁切、叠层、热压成型所得到的陶瓷生坯方片尺寸为10×10×1mm。
步骤S6:将陶瓷生坯进行冷等静压与排胶操作。
具体地,将陶瓷生坯冷等静压,然后进行排胶,排胶后再次冷等静压,排胶过程以0.4~0.6℃/min的升温速率升高至550℃~600℃后保温2-3h,两次冷等静压的压力为150-200MPa,时间为5-10min。通过排胶前后的两次冷等静压,可以排去样品中残余气孔,使样品更致密,并能令大尺寸片状模板与基体细粉晶粒结合更紧密,有利于织构的形成。
步骤S7:将冷等静压后的陶瓷生坯在970℃~1040℃的高温下进行高温烧结3~16h后进行高温淬火,得到织构陶瓷。
具体地,高温烧结后,直接将样品从高温环境移至室温空气中,实现高温淬火。实验发现,经高温淬火后,陶瓷能维持较好的织构度和压电系数。
在一实施例中,上述制备方法还包括:
步骤S8:将织构陶瓷表面打磨处理,并在其上下表面涂上导电银浆。
步骤S9:将涂有导电银浆的织构陶瓷煅烧处理后进行极化。
具体地,在步骤S8中,织构陶瓷厚度打磨至0.5mm,导电银浆为高温银浆,通过8×8mm方形网板涂至陶瓷表面。
具体地,在步骤S9中,烧银的条件包括:煅烧温度为850℃,保温30分钟;极化的条件包括:极化温度为80℃,极化电压为4kV/mm,极化时间为15分钟。
综上,本发明通过以上步骤制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷,其以(001)晶向的BaTiO3片状微晶为模板,与(1-x)BiFeO3-xBaTiO3陶瓷基体粉混合,通过流延工艺使基体粉沿模板晶向生长,期间,通过控制BaTiO3片状微晶的量,使其与陶瓷基体粉的体积比不超过0.06,且采用高温烧结与高温淬火的方式,最终形成织构化的BF-BT陶瓷,所形成的陶瓷具有较好的压电性能和织构度,且上述方法工艺简单,不需要添加额外的材料。
相应地,本发明还涉及一种通过上述方法制备而成的铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷。
以下,通过具体的实施例进行说明。
实施例1
a、制备BaTiO3片状模板
将Bi2O3和TiO2按照摩尔比为2:3的配比混合,用乙醇球磨5~17h,球磨转速为365r/min,然后加入等质量的摩尔比为1:1的KCl/NaCl继续球磨5h,烘干过筛后放入坩埚中在以1~10℃升温速率至1025~1100℃保温1~4h,再用热去离子水反复冲洗掉盐,得到Bi4Ti3O12前驱体。
将Bi4Ti3O12前躯体与TiO2、BaCO3按照摩尔比为1:1:1的配比混合,用乙醇球磨5h,然后加入等质量的摩尔比为1:1的KCl/BaCl2·2H2O,继续球磨5h,烘干过筛后在1050℃保温3h,再用热去离子水反复清洗掉盐,得到BaBi4Ti4O15前驱体。
将BaBi4Ti4O15前驱体与BaCO3按照摩尔比1:4配比混合,然后和摩尔比为1:1的KCl/NaCl(其中盐和粉料质量比为(0.5-3)在乙醇中轻柔地搅拌均匀,烘干后在970℃保温3~4h,先用热去离子水反复清洗掉盐,再用浓度为1mol/L的稀硝酸反复清洗去除Bi2O3和BaO,最后再用去离子水清洗得到BaTiO3片状微晶。
BaTiO3片状模板的XRD图像如图2所示,BaTiO3片状模板的SEM图像如图3所示,其径厚比为7-10。
b、制备陶瓷基体粉
将Bi2O3、Fe2O3、TiO2、BaCO3粉料按照(1-x)BiFeO3-xBaTiO3化学计量称量后加入无水乙醇进行第一次球磨得到浆料,通过烘箱干燥并过80目筛后,在800℃保温6h进行煅烧制备(1-x)BiFeO3-xBaTiO3预烧粉,再将预烧粉经过第二次球磨得到陶瓷基体粉。其中,球磨所采用的磨球为锆球,球磨机转速为365r/min,球磨时间为12-24h。
实施例2
将实施例1所得的陶瓷基体粉与三油酸甘油酯、乙醇和甲苯混合,在搅拌除泡机中有球搅拌45分钟,然后将球移去,向混合浆料中加入实施例1所得的BaTiO3片状模板,BaTiO3片状模板与陶瓷基体粉的体积比为0.02。在搅拌除泡机中无球搅拌5分钟,再向混合浆料中加入聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇和邻苯二甲酸丁苄酯,再无球搅拌15分钟得到流延浆料。其中,陶瓷基体粉:无水乙醇:甲苯:三油酸甘油酯:聚乙烯醇缩丁醛:聚乙二醇:邻苯二甲酸丁苄酯的质量比为1:0.521:0.2:0.01:0.0125:0.005:0.005。
将流延浆料放置在真空除泡机进行除泡处理5分钟。
将流延浆料在流延机上通过100-250μm的刮刀流延得到流延膜,流延速度为0.5cm/s~1.5cm/s,流延膜厚度为30~50μm。
将流延膜裁切为方片,再进行叠层、热压成型得到尺寸为10×10×1mm陶瓷生坯;
将陶瓷生坯冷等静压,然后进行排胶,排胶后再次冷等静压。其中,排胶过程为0.5℃/min的升温速率,在550-600℃保温2~3h;两次冷等静压的压力为150~200MPa,时间为5min。;
将冷等静压后的陶瓷生坯分别在970℃、1020℃和1040℃下保温3~16h,高温淬火得到织构陶瓷。
将织构陶瓷厚度打磨至0.5mm,导电银浆为高温银浆,通过8×8mm方形网板涂至陶瓷表面。
将涂有导电银浆的织构陶瓷煅烧处理后进行极化,煅烧温度为850℃,保温30分钟;极化的条件包括:极化温度为80℃,极化电压为4kV/mm,极化时间为15分钟。
实施例3
本实施例与实施例2的制备过程相同,区别仅在于,BaTiO3片状模板与陶瓷基体粉的体积比为0.03。
实施例4
本实施例与实施例2的制备过程相同,区别仅在于,BaTiO3片状模板与陶瓷基体粉的体积比为0.05。
实施例5
本实施例与实施例2的制备过程相同,区别仅在于,BaTiO3片状模板与陶瓷基体粉的体积比为0.06。
对实施例2至实施例5得到的陶瓷进行性能测试。
如图4所示为铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷的截面SEM图像,可以明显看到BaTiO3片状模板的存在,证明陶瓷晶粒在BaTiO3片状模板周围沿晶定向生长。
如下表一所示为实施例2至实施例5中各陶瓷的压电系数,如下表二所示为实施例2至实施例5中各陶瓷的织构度。
表一各实施例中压电系数
表二各实施例中织构度
从表一中可以看出,所有陶瓷样品的压电系数均超过210pC/N。从表二中可以看出,所有陶瓷样品的织构度均超过59%。即通过上述制备方法制备所得的陶瓷具有较好的压电系数和织构度。综合表一和表二,当BaTiO3片状模板与陶瓷基体粉的体积比为0.03,烧结温度为970℃时,织构度高达近80%(如图5所示),压电系数超过260pC/N,具有非常优异的性能。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用高温烧结技术制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷的方法,其特征在于,包括:
步骤S1:制备晶向为(001)的BaTiO3片状模板以及陶瓷基体粉,所述陶瓷基体粉为将(1-x)BiFeO3-xBaTiO3预烧粉进行球磨得到;
步骤S2:将陶瓷基体粉与分散剂、溶剂混合,进行有球搅拌,得到混合浆料,将球移去,向混合浆料中加入BaTiO3片状模板,进行无球搅拌,再向混合浆料中加入粘结剂、增塑剂,进行无球搅拌得到流延浆料,其中,陶瓷基体粉与BaTiO3片状模板的体积比范围为1:[0.02~0.06];
步骤S3:将流延浆料进行除泡处理;
步骤S4:将除泡后的流延浆料流延得到流延膜,控制流延膜的厚度为30~50μm;
步骤S5:将流延膜裁切片,再进行叠层、热压成型得到陶瓷生坯;
步骤S6:将陶瓷生坯进行冷等静压与排胶操作;
步骤S7:将冷等静压后的陶瓷生坯在950℃~1040℃的高温下进行高温烧结3h~16h后进行高温淬火,得到织构陶瓷。
2.如权利要求1所述的制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷的方法,其特征在于,陶瓷基体粉与BaTiO3片状模板的体积比范围为1:[0.02~0.03]。
3.如权利要求1所述的制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷的方法,其特征在于,所述高温淬火为将烧结产物直接从高温环境转移至室温环境下进行淬火。
4.如权利要求1所述的制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷的方法,其特征在于,在步骤S2中,溶剂采用乙醇和甲苯,分散剂采用三油酸甘油酯,粘结剂采用聚乙烯醇缩丁醛,增塑剂采用聚乙二醇和邻苯二甲酸丁苄酯,陶瓷基体粉:无水乙醇:甲苯:三油酸甘油酯:聚乙烯醇缩丁醛:聚乙二醇:邻苯二甲酸丁苄酯的质量比为1:0.521:0.2:0.01:0.0125:0.005:0.005。
5.如权利要求1所述的制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷的方法,其特征在于,(1-x)BiFeO3-xBaTiO3预烧粉中,x=0.2~0.5。
6.如权利要求1所述的制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷的方法,其特征在于,在步骤S6中,进行冷等静压与排胶操作包括:
将陶瓷生坯冷等静压,然后进行排胶,排胶后再次冷等静压,排胶过程以0.4℃/min~0.6℃/min的升温速率升高至550℃~600℃后保温2h~3h,两次冷等静压的压力为150MPa~200MPa,时间为5min~10min。
7.如权利要求1所述的制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷的方法,其特征在于,在步骤S1中,制备晶向为(001)的BaTiO3片状模板的操作过程包括:
步骤S11:将Bi2O3和TiO2按照反应式2Bi2O3+3TiO2→Bi4Ti3O12的配比混合,用乙醇球磨5h~17h,然后加入等质量的摩尔比为1:1的KCl/NaCl继续球磨,烘干过筛后放入坩埚中在以1℃~10℃升温速率至1025℃~1100℃保温1h~4h,再用热去离子水反复冲洗掉盐,得到Bi4Ti3O12前驱体;
步骤S12:将Bi4Ti3O12前躯体与TiO2、BaCO3按照反应式Bi4Ti3O12+BaCO3+TiO2→BaBi4Ti4O15+CO2的配比混合,用乙醇球磨,然后加入等质量的摩尔比为1:1的KCl/BaCl2·2H2O,继续球磨,烘干过筛后在1050℃保温2h~3h,再用热去离子水反复清洗掉盐,得到BaBi4Ti4O15前驱体;
步骤S13:将BaBi4Ti4O15前驱体与BaCO3按照摩尔比1:4配比混合,然后和摩尔比为1:1的KCl/NaCl在乙醇中轻柔地搅拌均匀,烘干后在900℃~950℃保温3h~4h,先用热去离子水反复清洗掉盐,再用稀硝酸反复清洗去除Bi2O3和BaO,最后再用去离子水清洗得到晶向为(001)的BaTiO3片状模板。
8.如权利要求1所述的制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷的方法,其特征在于,在步骤S1中,制备陶瓷基体粉的操作过程包括:
将Bi2O3、Fe2O3、TiO2、BaCO3粉料按照(1-x)BiFeO3-xBaTiO3化学计量称量后加入无水乙醇进行第一次球磨得到浆料,将浆料干燥后进行煅烧制备(1-x)BiFeO3-xBaTiO3预烧粉,再将预烧粉经过第二次球磨得到陶瓷基体粉。
9.如权利要求1所述的制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷的方法,其特征在于,所述方法还包括:
步骤S8:将织构陶瓷表面打磨处理,并在其上下表面涂上导电银浆;
步骤S9:将涂有导电银浆的织构陶瓷煅烧处理后进行极化。
10.一种铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷,其特征在于,由权利要求1至9任一项所述的制备铁酸铋-钛酸钡织构化压电陶瓷的方法制备而成。
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