本發(fā)明屬于壓電陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高應(yīng)變鈦酸鉍鈉基陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)：

利用材料電與機(jī)械位移的相互轉(zhuǎn)換特性，壓電陶瓷材料在傳感器、制動(dòng)器和換能器等方面表現(xiàn)出極為重要的作用，可廣泛地應(yīng)用于通信、家電、航空、探測(cè)和計(jì)算機(jī)等諸多領(lǐng)域。但是目前大規(guī)模使用的壓電陶瓷以pbzr1-xtixo3(pzt)等為主的鉛基壓電陶瓷。鉛基壓電陶瓷的原料中pbo或pb3o4約占總量的70％，并且pbo或pb3o4在陶瓷的燒結(jié)過(guò)程中容易揮發(fā)。含鉛壓電陶瓷在生產(chǎn)、廢棄以及回收過(guò)程中給自然環(huán)境帶來(lái)了極大的危害，很難滿足環(huán)保的使用要求。鈦酸鉍鈉(na0.5bi0.5tio3，bnt)基無(wú)鉛壓電陶瓷由于較高的應(yīng)變性能得到了廣泛的研究。通常采用與其它鐵電或者非鐵電鈣鈦礦材料形成準(zhǔn)同型相界以進(jìn)一步提高應(yīng)變。雖然材料在更高場(chǎng)強(qiáng)下具有更高的應(yīng)變，但是過(guò)高的場(chǎng)強(qiáng)限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。m.acosta,etal.core-shelllead-freepiezoelectricceramics:currentstatusandadvancedcharacterizationofthebi1/2na1/2tio3-srtio3system.j.am.ceram.soc.2015,98(11):3405-3422文章中對(duì)比了不同系列的無(wú)鉛壓電陶瓷，發(fā)現(xiàn)bnt基材料在45kvcm^-1電壓下具有最大的動(dòng)態(tài)壓電常數(shù)d33^*，即smax/emax，約700pm/v。進(jìn)一步，r.a.malik,etal.temperature-insensitivehighstraininlead-freebi0.5(na0.84k0.16)0.5tio3-0.04srtio3ceramicsforactuatorapplications.j.am.ceram.soc.2015,98(12):3842-3848文中通過(guò)對(duì)bnt-bkt-st體系進(jìn)行l(wèi)i、nb雙摻雜，使bnt基材料的壓電常數(shù)d33^*提高到755pm/v。但是對(duì)于實(shí)際應(yīng)用而言，無(wú)鉛壓電材料的應(yīng)變還需要進(jìn)一步提高，尤其是解決材料在較低場(chǎng)強(qiáng)下應(yīng)變較低的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)鉛高應(yīng)變鈦酸鉍鈉基陶瓷及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有壓電材料在電場(chǎng)誘發(fā)下應(yīng)變較小的問(wèn)題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種高應(yīng)變鈦酸鉍鈉基陶瓷，所述高應(yīng)變鈦酸鉍鈉基陶瓷的化學(xué)計(jì)量比為：0.8(bina)0.5-x(lali)xtio3-0.2bi0.5k0.5tio3；x＝0.006-0.012。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述高應(yīng)變鈦酸鉍鈉基陶瓷的制備方法，所述高應(yīng)變鈦酸鉍鈉基陶瓷的制備方法包括以下步驟：

步驟一，根據(jù)0.8(bina)0.5-x(lali)xtio3-0.2bi0.5k0.5tio3化學(xué)配比稱量對(duì)應(yīng)量的分析純bi2o3，na2co3、tio2、k2co3、li2co3和la2o3；

步驟二，將配好的料放入以酒精為介質(zhì)、鋯球?yàn)槟デ虻哪猃埞拗星蚰?h-8h；

步驟三，將球磨好的料烘干過(guò)篩后并壓成大塊，在800℃預(yù)燒4h-6h得到預(yù)燒粉；

步驟四，將預(yù)燒粉再次放入球磨罐中研磨10h-12h，烘干后過(guò)篩；

步驟五，將過(guò)篩后的粉壓成直徑為12mm，厚度為2mm左右的圓柱體，在300mpa下等靜壓下成型；

步驟六，將成型后的試樣在1100℃-1200℃下燒結(jié)4h-6h；

步驟七，對(duì)燒結(jié)成瓷的試樣進(jìn)行打磨和拋光，超聲清洗后涂覆銀漿，在550℃下保溫30min燒成銀電極。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種由所述高應(yīng)變鈦酸鉍鈉基陶瓷制造的傳感器。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種由所述高應(yīng)變鈦酸鉍鈉基陶瓷制造的制動(dòng)器。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種由所述高應(yīng)變鈦酸鉍鈉基陶瓷制造的換能器。

本發(fā)明提供的高應(yīng)變鈦酸鉍鈉基陶瓷及其制備方法，通過(guò)優(yōu)化陶瓷配方，使得環(huán)境友好型的無(wú)鉛壓電材料鈦酸鉍鈉基陶瓷在較低電場(chǎng)下具有高的應(yīng)變，室溫下電場(chǎng)為45kvcm^-1時(shí)，其應(yīng)變達(dá)0.387％，動(dòng)態(tài)壓電常數(shù)d33^*達(dá)860pm/v。同時(shí)材料在10⁶次循環(huán)下性能沒(méi)有退化，介電損耗tanδ保持在0.08以下。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的高應(yīng)變鈦酸鉍鈉基陶瓷的制備方法流程圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的0.8(bina)0.5-x(lali)xtio3-0.2bi0.5k0.5tio3，x＝0.01時(shí)陶瓷的x射線衍射和掃描電鏡圖譜示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的0.8(bina)0.5-x(lali)xtio3-0.2bi0.5k0.5tio3，x＝0.01時(shí)陶瓷不同頻率的介電常數(shù)和介電損耗隨溫度的變化圖譜示意圖；

圖中：虛線箭頭方向表示頻率增大。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的0.8(bina)0.5-x(lali)xtio3-0.2bi0.5k0.5tio3，x＝0.01時(shí)陶瓷室溫下45kvcm^-1電場(chǎng)下的電滯回線和應(yīng)變曲線圖譜示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的高應(yīng)變鈦酸鉍鈉基陶瓷的化學(xué)計(jì)量比為：0.8(bina)0.5-x(lali)xtio3-0.2bi0.5k0.5tio3(x＝0.006-0.012)。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的高應(yīng)變鈦酸鉍鈉基陶瓷的制備方法包括以下步驟：

s101：根據(jù)0.8(bina)0.5-x(lali)xtio3-0.2bi0.5k0.5tio3(x＝0.006-0.012)化學(xué)配比稱量對(duì)應(yīng)量的分析純bi2o3，na2co3、tio2、k2co3、li2co3和la2o3；

s102；將配好的料放入以酒精為介質(zhì)、鋯球?yàn)槟デ虻哪猃埞拗星蚰?h-8h；

s103：將球磨好的料烘干過(guò)篩后并壓成大塊，在800℃預(yù)燒4h-6h得到預(yù)燒粉；

s104：將預(yù)燒粉再次放入球磨罐中研磨10h-12h，烘干后過(guò)篩；

s105：將過(guò)篩后的粉壓成直徑為12mm，厚度為2mm左右的圓柱體，在300mpa下等靜壓下成型；

s106：將成型后的試樣在1100℃-1200℃下燒結(jié)4h-6h；

s107：對(duì)燒結(jié)成瓷的試樣進(jìn)行打磨和拋光，超聲清洗后涂覆銀漿，在550℃下保溫30min燒成銀電極。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例1，根據(jù)化學(xué)計(jì)量比稱量22.9252g的bi2o3，4.1548g的na2co3、1.3821g的k2co3、7.987g的tio2、0.0591g的lico3和0.2606g的la2o3，將配好的料放入以酒精為介質(zhì)、鋯球?yàn)槟デ虻哪猃埞拗星蚰?-8h；將球磨好的料烘干過(guò)篩后并壓成大塊，在800℃預(yù)燒4h得到預(yù)燒粉；將預(yù)燒粉再次放入球磨罐中研磨10-12h，烘干后過(guò)篩；將過(guò)篩后的粉壓成直徑為12mm，厚度為2mm左右的圓柱體，在300mpa下等靜壓下成型；將成型后的試樣在1100-1200℃下燒結(jié)4h；對(duì)燒結(jié)成瓷的試樣進(jìn)行打磨和拋光，超聲清洗后涂覆銀漿，在550℃下保溫30min燒成銀電極。采用安捷倫精密阻抗分析儀(4294a，agilent，ca，usa)測(cè)試樣品的介電譜。采用tf2000型鐵電參數(shù)測(cè)試儀(aixacct,aachen,germany)測(cè)試樣品的電滯回線、應(yīng)變曲線和電流密度曲線。從圖2可以看出樣品屬于贗立方鈣鈦礦相，并沒(méi)有出現(xiàn)雜相，從掃描圖譜可以看出樣品比較致密、均一且呈多邊形分布。從圖3可以看出材料具有典型的弛豫特性，其介電損耗保持在0.08以下。圖4為材料的電滯回線和應(yīng)變曲線圖譜，可以看出材料具有典型的束腰型電滯回線，它在45kvcm^-1電場(chǎng)下具有非常大的應(yīng)變，其動(dòng)態(tài)壓電常數(shù)d33^*提高到860pm/v，且樣品在10⁶次循環(huán)下具有優(yōu)異的抗疲勞特性。

實(shí)施例2，根據(jù)化學(xué)計(jì)量比稱量22.8506g的bi2o3，4.1378g的na2co3、1.3821g的k2co3、7.987g的tio2、0.0709g的lico3和0.3128g的la2o3，將配好的料放入以酒精為介質(zhì)、鋯球?yàn)槟デ虻哪猃埞拗星蚰?-8h；將球磨好的料烘干過(guò)篩后并壓成大塊，在800℃預(yù)燒4h得到預(yù)燒粉；將預(yù)燒粉再次放入球磨罐中研磨10-12h，烘干后過(guò)篩；將過(guò)篩后的粉壓成直徑為12mm，厚度為2mm左右的圓柱體，在300mpa下等靜壓下成型；將成型后的試樣在1100-1200℃下燒結(jié)4h；對(duì)燒結(jié)成瓷的試樣進(jìn)行打磨和拋光，超聲清洗后涂覆銀漿，在550℃下保溫30min燒成銀電極。通過(guò)測(cè)試材料在45kvcm^-1電場(chǎng)下動(dòng)態(tài)壓電常數(shù)d33^*可達(dá)810pm/v。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。