一種摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無鉛鐵電陶瓷材料的合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋯鈦酸鉛(PZT)系列材料是一種重要的功能材料，在鐵電及壓電等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但近年來，隨著生態(tài)環(huán)境的進(jìn)一步惡化以及人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，大量且廣泛使用的鉛基壓電材料正面臨巨大的挑戰(zhàn)。為了人類生存環(huán)境的長期發(fā)展，尋找鉛系壓電材料的無鉛替代材料成為一項(xiàng)非常重要和迫切的任務(wù)。
[0003]鈦酸鋇(BaT13)是典型也最常用的無鉛鐵電陶瓷體系，無鉛鐵電陶瓷的性能一般劣于目前廣泛使用的鉛基鐵電陶瓷，通過采用離子摻雜及改善工藝條件的方法可以改善無鉛鐵電陶瓷的性能。鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料是一種環(huán)境友好型材料，在未來具有強(qiáng)大的市場。目前，組分為Β&1_χ (A0.5B0.5) xZr0.151^.8503的摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料還未見相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種環(huán)境友好型摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料及其制備方法。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料，其特征在于:該鐵電陶瓷材料的組成為Β&1_χ(Aa5Ba5)xZrai5Tia85O3，其中A為Bi，B為K、Na 或 Li，0 < X 彡 0.1。
[0006]本發(fā)明所述的摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料的制備方法，其特征在于具體步驟為:按照摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料Β&1_χ (A0.5B0.5) xZr0.15Ti0.8503各元素的化學(xué)計(jì)量比分別稱取原料 BaCO3、Ti02、Zr02、A2O3和 B 2C03，其中 A 為 Bi，B 為 K、Na 或 Li，O < x 彡 0.1，將上述原料混合均勻后放入球磨罐中，加入乙醇并球磨4h后轉(zhuǎn)移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并將粉體于1000°C預(yù)燒6h，預(yù)燒后的粉體加入聚乙烯醇(PVA)溶液研磨造粒，干壓成型，并于1500°C燒結(jié)6h制得摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料。
[0007]本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有鋯鈦酸鉛鐵電陶瓷材料因含鉛而在使用和廢棄后處理過程中給環(huán)境造成的污染問題，提高了無鉛系列鐵電陶瓷材料的介電性能，并且制備的摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料作為一種環(huán)境友好型鐵電陶瓷材料具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1-3制得的摻雜鋯鈦酸鋇基陶瓷材料及對(duì)比例I制得的鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料的XRD圖譜，圖2是本發(fā)明實(shí)施例1-3制得的摻雜鋯鈦酸鋇基陶瓷材料及對(duì)比例I制得的鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料的電滯回線圖譜，圖3是本發(fā)明實(shí)施例1-3制得的摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料及對(duì)比例I制得的鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料的介電圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0009]以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0010]實(shí)施例1
本實(shí)施例的組分為摻雜元素A為Bi，元素B為K構(gòu)成的Ba1-X(Bia5Ka5)xZrai5Tia85O3體系，其中 x=0.06，簡稱 “ΒΒΚ-0.06”。
[0011 ] 按照Ba0.94 (Bi0.5K0.5) 0.06Zr0.15Ti0.8503各元素的化學(xué)計(jì)量比分別稱取原料BaCO 3、Ti02、Zr02、Bi20#P K2CO3，混合均勻后置于球磨罐中，加入乙醇并球磨4h后轉(zhuǎn)移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并將粉體于1000°C預(yù)燒6h，預(yù)燒后的粉體加入聚乙烯醇(PVA)溶液研磨造粒，干壓成型，并于1500°C燒結(jié)6h。將燒好的陶瓷片上下表面燒銀進(jìn)行金屬化處理。
[0012]實(shí)施例2
本實(shí)施例的組分為摻雜元素A為Bi，元素B為Na構(gòu)成的Ba1I(Bia5Naa5)xZrai5Tia85O3體系，其中x=0.1，簡稱“ΒΒΝ-0.1”。
[0013]按照Ba。.9 (Bi0.5Na0.5) 0.^r0.15Ti0.8503各元素的化學(xué)計(jì)量比分別稱取原料BaCO 3、T12, ZrO2, Bi2O3和Na 2C03，混合均勻后置于球磨罐中，加入乙醇并球磨4h后轉(zhuǎn)移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并將粉體于1000°C預(yù)燒6h，預(yù)燒后的粉體加入聚乙烯醇(PVA)溶液研磨造粒，干壓成型，并于1500°C燒結(jié)6h。將燒好的陶瓷片上下表面燒銀進(jìn)行金屬化處理。
[0014]實(shí)施例3
本實(shí)施例的組分為摻雜元素A為Bi，元素B為Li構(gòu)成的Ba1I(Bia5Lia5)xZrai5Tia85O3體系，其中 x=0.02，簡稱 “BBL-0.02”。
[0015]按照Ba0.98 (Bi0.5Li0.5) 0.02Zr0.15Ti0.8503各元素的化學(xué)計(jì)量比分別稱取原料BaCO 3、Ti02、ZrO2> Bi2O3和Li 2C03，混合均勾后置于球磨罐中，加入乙醇并球磨4h后轉(zhuǎn)移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并將粉體于1000°C預(yù)燒6h，預(yù)燒后的粉體加入聚乙烯醇(PVA)溶液研磨造粒，干壓成型，并于1500°C燒結(jié)6h。將燒好的陶瓷片上下表面燒銀進(jìn)行金屬化處理。
[0016]對(duì)比例I
本實(shí)施例的組分不做摻雜構(gòu)成BaZra 15TiQ.8503體系，簡稱“BZT”。
[0017]按照BaZrai5Tia85O3各元素的化學(xué)計(jì)量比分別稱取原料BaCO 3、1102和ZrO 2，混合均勻后置于球磨罐中，加入乙醇并球磨4h后轉(zhuǎn)移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并將粉體于1000°C預(yù)燒6h，預(yù)燒后的粉體加入聚乙烯醇(PVA)溶液研磨造粒，干壓成型，并于1500°C燒結(jié)6h。將燒好的陶瓷片上下表面燒銀進(jìn)行金屬化處理。
[0018]如圖1所示，所制得的鐵電陶瓷材料均為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的純相，沒有雜相形成。如圖2所示，ΒΒΚ-0.06的剩余極化強(qiáng)度Pr為80.3 μ C/cm2, BBL-0.02的剩余極化強(qiáng)度Pr為63.1 μ C/cm2, BBN-0.1的剩余極化強(qiáng)度Pr為56.2 μ C/cm2，而未進(jìn)行等比例一價(jià)和三價(jià)摻雜的BZT的剩余極化強(qiáng)度Pr為16.7 μ C/cm2，遠(yuǎn)小于高低價(jià)等比摻雜后的樣品的剩余極化強(qiáng)度。如圖3所示，高低價(jià)等比摻雜后的樣品的介電性能也優(yōu)于高低價(jià)等比摻雜前的樣品的介電性能。
[0019]以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料，其特征在于:該鐵電陶瓷材料的組成為Bah (A0.5B0.5) xZr0.15Ti0.8503，其中 A 為 Bi，B 為 K、Na 或 Li，O < x 彡 0.1。
2.—種權(quán)利要求1所述的摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料的制備方法，其特征在于具體步驟為:按照摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料Β&1_χ (A0.5B0.5)xZr0.15Tia8503各元素的化學(xué)計(jì)量比分別稱取原料8&0)3、1102、2102、六203和820)3，其中六為扮，8為1(、恥或1^，0 < x彡0.1，將上述原料混合均勻后放入球磨罐中，加入乙醇并球磨4h后轉(zhuǎn)移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并將粉體于1000°C預(yù)燒6h，預(yù)燒后的粉體加入聚乙烯醇溶液研磨造粒，干壓成型，并于1500°C燒結(jié)6h制得摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料及其制備方法，屬于無鉛鐵電陶瓷材料的合成技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案要點(diǎn)為：一種摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料，其組成為Ba1-x(A0.5B0.5)xZr0.15Ti0.85O3，其中A為Bi，B為K、Na或Li，0＜x≤0.1。本發(fā)明還公開了該摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料的制備方法。本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有鋯鈦酸鉛鐵電陶瓷材料因含鉛而在使用和廢棄后處理過程中給環(huán)境造成的污染問題，提高了無鉛系列鐵電陶瓷材料的介電性能，并且制備的摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料作為一種環(huán)境友好型鐵電陶瓷材料具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
【IPC分類】C04B35-49, C04B35-622
【公開號(hào)】CN104860677
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510184902
【發(fā)明人】王顯威, 楊孟孟, 王大軍, 張慧超, 王小二
【申請(qǐng)人】河南師范大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年4月20日