一種摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于無鉛鐵電陶瓷材料的合成技術領域，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】
[0002]鋯鈦酸鉛(PZT)系列材料是一種重要的功能材料，在鐵電及壓電等領域具有廣泛的應用。但近年來，隨著生態環境的進一步惡化以及人們環保意識的增強，大量且廣泛使用的鉛基壓電材料正面臨巨大的挑戰。為了人類生存環境的長期發展，尋找鉛系壓電材料的無鉛替代材料成為一項非常重要和迫切的任務。
[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境友好型材料，在未來具有強大的市場。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報道。
【發明內容】
[0004]本發明解決的技術問題是提供了一種環境友好型摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料及其制備方法。
[0005]本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，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各元素的化學計量比分別稱取原料 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后轉移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并將粉體于1000°C預燒6h，預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6h制得摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料。
[0007]本發明有效解決了現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境友好型鐵電陶瓷材料具有廣闊的市場應用前景。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明實施例1-3制得的摻雜鋯鈦酸鋇基陶瓷材料及對比例I制得的鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料的XRD圖譜，圖2是本發明實施例1-3制得的摻雜鋯鈦酸鋇基陶瓷材料及對比例I制得的鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料的電滯回線圖譜，圖3是本發明實施例1-3制得的摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料及對比例I制得的鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料的介電圖譜。
【具體實施方式】
[0009]以下通過實施例對本發明的上述內容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發明上述內容實現的技術均屬于本發明的范圍。
[0010]實施例1
本實施例的組分為摻雜元素A為Bi，元素B為K構成的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各元素的化學計量比分別稱取原料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后轉移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并將粉體于1000°C預燒6h，預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6h。將燒好的陶瓷片上下表面燒銀進行金屬化處理。
[0012]實施例2
本實施例的組分為摻雜元素A為Bi，元素B為Na構成的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各元素的化學計量比分別稱取原料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后轉移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并將粉體于1000°C預燒6h，預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6h。將燒好的陶瓷片上下表面燒銀進行金屬化處理。
[0014]實施例3
本實施例的組分為摻雜元素A為Bi，元素B為Li構成的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各元素的化學計量比分別稱取原料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后轉移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并將粉體于1000°C預燒6h，預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6h。將燒好的陶瓷片上下表面燒銀進行金屬化處理。
[0016]對比例I
本實施例的組分不做摻雜構成BaZra 15TiQ.8503體系，簡稱“BZT”。
[0017]按照BaZrai5Tia85O3各元素的化學計量比分別稱取原料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后轉移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并將粉體于1000°C預燒6h，預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6h。將燒好的陶瓷片上下表面燒銀進行金屬化處理。
[0018]如圖1所示，所制得的鐵電陶瓷材料均為鈣鈦礦結構的純相，沒有雜相形成。如圖2所示，ΒΒΚ-0.06的剩余極化強度Pr為80.3 μ C/cm2, BBL-0.02的剩余極化強度Pr為63.1 μ C/cm2, BBN-0.1的剩余極化強度Pr為56.2 μ C/cm2，而未進行等比例一價和三價摻雜的BZT的剩余極化強度Pr為16.7 μ C/cm2，遠小于高低價等比摻雜后的樣品的剩余極化強度。如圖3所示，高低價等比摻雜后的樣品的介電性能也優于高低價等比摻雜前的樣品的介電性能。
[0019]以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內。
【主權項】
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各元素的化學計量比分別稱取原料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后轉移至干燥箱中于120°C烘干，然后研磨并將粉體于1000°C預燒6h，預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6h制得摻雜鋯鈦酸鋇基鐵電陶瓷材料。
【專利摘要】本發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領域。本發明的技術方案要點為：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。本發明有效解決了現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境友好型鐵電陶瓷材料具有廣闊的市場應用前景。
【IPC分類】C04B35-49, C04B35-622
【公開號】CN104860677
【申請號】CN201510184902
【發明人】王顯威, 楊孟孟, 王大軍, 張慧超, 王小二
【申請人】河南師范大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月20日