一種高居裡溫度無鉛壓電陶瓷及其製備方法與流程
2023-04-23 23:59:11 2
本發明屬於壓電陶瓷領域，具體地說是涉及一種高居裡溫度無鉛壓電陶瓷及其製備方法。
背景技術：
：陶瓷材料是用天然或合成化合物經過成形和高溫燒結製成的一類無機非金屬材料。它具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優點。可用作結構材料、刀具材料，由於陶瓷還具有某些特殊的性能，又可作為功能材料。壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的信息功能陶瓷材料-壓電效應,壓電陶瓷除具有壓電性外,還具有介電性、彈性等,已被廣泛應用於醫學成像、聲傳感器、聲換能器、超聲馬達等。目前，壓電陶瓷以PT(鈦酸鉛)、PZT(鋯鈦酸鉛)體系為主，但是PT、PZT的原料為PbO,毒性大，在生產和回收過程中會對人員產生較大的危害，對環境造成汙染，安全隱患大。而且2003年歐盟頒布了關於在《電氣、電子設備中限制使用某些有害物質》的RoHS指令，明確規定鉛的限值，我國也頒布了《電子信息產品汙染防治管理辦法》，壓電陶瓷應該向無鉛化發展。商業化應用的PZT體系中壓電陶瓷的居裡溫度Tc一般為250-380℃，而其使用溫度一般限制在居裡溫度Tc的1/2處以下，如果使用溫度過高，就會導致壓電陶瓷喪失壓電性，從而導致電子元器件失效，限制了其使用溫度。技術實現要素：為解決上述技術問題，本發明提供一種高居裡溫度無鉛壓電陶瓷及其製備方法。以提供一種不含鉛且居裡點高的壓電陶瓷。為達到上述目的，本發明所採取的技術方案為：一種高居裡溫度無鉛壓電陶瓷，由重量份數計，主要包括以下原料：碳酸鋇20-25份、二氧化鈦25-35份、碳酸鈣纖維2-5份、碳酸鍶5-8份、硝酸鋯5-10份、鈮酸錫2-5份、摻氮石墨烯5-8份、硫醇銻1.5-2.5份、三氧化二鉍0.5-2份、三氧化鎢0.05-1份、氧化鋰0.5-1份、氯化鈉20-30份、氯化鉀20-30份、PVA溶液5-8份。優選地，在本發明的較佳實施例中，所述碳酸鈣纖維的直徑為6-9微米。本發明還提供了一種高居裡溫度無鉛壓電陶瓷的製備方法，包括以下步驟：(1)稱取20-25份碳酸鋇、25-35份二氧化鈦、2-5份碳酸鈣纖維、5-8份碳酸鍶、5-10份硝酸鋯、2-5份鈮酸錫、5-8份摻氮石墨烯、1.5-2.5份硫醇銻、0.5-2份三氧化二鉍、0.05-1份三氧化鎢、0.5-1份氧化鋰加入尼龍罐中，以無水乙醇為球磨介質，球磨10-15h，得漿料；(2)將所述漿料在60-80℃保溫8-12h,然後在50-70℃烘乾6-10h；(3)將烘乾後漿料和20-30份氯化鈉、20-30份氯化鉀混合併進行二次球磨，於25-35r/min球磨混合2-6h,60-100℃烘乾2-4h，得混合粉體；(4)所述混合粉體預燒後粉體用去離子水衝洗3-5遍，至洗液中無Cl-，得超細粉體；(5)在所述超細粉體中添加5-8份PVA溶液進行研磨造粒，過篩，在100-200MPa壓力下壓製成型,製成陶瓷坯體；(6)所述陶瓷坯體在排塑後，送入高溫爐中進行燒結，燒結溫度為950-1100℃，燒結時間為2-6h，即得到高居裡溫度無鉛壓電陶瓷。優選地，在本發明的較佳實施例中，步驟(4)中所述預燒溫度為600-800℃，預燒時間為5-9h。本方法可具有較低的製備溫度，降低了生產成本。優選地，在本發明的較佳實施例中，所述步驟(6)中的排塑處理的溫度為650-750℃。優選地，在本發明的較佳實施例中本發明製得的壓電陶瓷還需進行極化處理，具體步驟為：將高居裡溫度無鉛壓電陶瓷鍍上電極，在80-120℃的矽油浴中，在3-5kV/mm電壓下極化30-90min。本發明的有益效果：本發明提供了一種具有高居裡溫度的無鉛壓電陶瓷及其製備方法。符合歐盟RoHS指令中有害物質限制的要求，且生產過程中不會產生危害。具有較高的距離溫度，提高了作為電子元器件的使用範圍。本發明採用碳酸鋇、二氧化鈦、碳酸鈣纖維、碳酸鍶、硝酸鋯、鈮酸錫、摻氮石墨烯等原料製備的陶瓷材料壓電係數大(大於300pC/N)，具有較高的高居裡溫度(可達400℃以上)；各項機電參數受溫度影響小，時間穩定性好；抗酸鹼能力強，機電耦合係數高，易製成任何形狀。本方法可在較低的溫度下完成預燒和燒結，降低了生產成本、產物純度高且微電性能優良。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明所述技術方案作進一步的說明。實施例1：本實施例提供了一種高居裡溫度無鉛壓電陶瓷的製備方法，包括以下步驟：(1)稱取20份碳酸鋇、25份二氧化鈦、2份碳酸鈣纖維、5份碳酸鍶、5份硝酸鋯、2份鈮酸錫、5份摻氮石墨烯、1.5份硫醇銻、0.5份三氧化二鉍、0.05份三氧化鎢、0.5份氧化鋰加入尼龍罐中，以無水乙醇為球磨介質，球磨10h，得漿料；(2)將漿料在60℃保溫8h,然後在50℃烘乾6h；(3)將烘乾後漿料和20份氯化鈉、20份氯化鉀混合併進行二次球磨，於25r/min球磨混合2h,60℃烘乾2h，得混合粉體；(4)混合粉體在600℃，預燒5h，預燒後粉體用去離子水衝洗3遍，至洗液中無Cl-，得超細粉體；(5)在超細粉體中添加5份PVA溶液進行研磨造粒，過篩，在100MPa壓力下壓製成型,製成陶瓷坯體；(6)陶瓷坯體在650℃下進行排塑處理，然後送入高溫爐中進行燒結，燒結溫度為950℃，燒結時間為2h，即得到高居裡溫度無鉛壓電陶瓷。(7)將得到的高居裡溫度無鉛壓電陶瓷鍍上電極，在80℃的矽油浴中，在3kV/mm電壓下極化30min。實施例2：本實施例提供了一種高居裡溫度無鉛壓電陶瓷的製備方法，包括以下步驟：(1)稱取25份碳酸鋇、35份二氧化鈦、5份碳酸鈣纖維、8份碳酸鍶、10份硝酸鋯、5份鈮酸錫、8份摻氮石墨烯、2.5份硫醇銻、2份三氧化二鉍、1份三氧化鎢、1份氧化鋰加入尼龍罐中，以無水乙醇為球磨介質，球磨15h，得漿料；(2)將漿料在80℃保溫12h,然後在70℃烘乾10h；(3)將烘乾後漿料和30份氯化鈉、30份氯化鉀混合併進行二次球磨，於35r/min球磨混合6h,100℃烘乾4h，得混合粉體；(4)混合粉體在800℃，預燒9h，預燒後粉體用去離子水衝洗5遍，至洗液中無Cl-，得超細粉體；(5)在超細粉體中添加8份PVA溶液進行研磨造粒，過篩，在200MPa壓力下壓製成型,製成陶瓷坯體；(6)陶瓷坯體在750℃下進行排塑處理，然後送入高溫爐中進行燒結，燒結溫度為1100℃，燒結時間為6h，即得到高居裡溫度無鉛壓電陶瓷。(7)將得到的高居裡溫度無鉛壓電陶瓷鍍上電極，在120℃的矽油浴中，在5kV/mm電壓下極化90min。實施例3：本實施例提供了一種高居裡溫度無鉛壓電陶瓷的製備方法，包括以下步驟：(1)稱取23份碳酸鋇、30份二氧化鈦、3.5份碳酸鈣纖維、6.5份碳酸鍶、7.5份硝酸鋯、3.5份鈮酸錫、6.5份摻氮石墨烯、2份硫醇銻、1.2份三氧化二鉍、0.5份三氧化鎢、0.7份氧化鋰加入尼龍罐中，以無水乙醇為球磨介質，球磨12.5h，得漿料；(2)將漿料在70℃保溫10h,然後在60℃烘乾8h；(3)將烘乾後漿料和25份氯化鈉、25份氯化鉀混合併進行二次球磨，於30r/min球磨混合4h,60-100℃烘乾3h，得混合粉體；(4)混合粉體在700℃，預燒7h，預燒後粉體用去離子水衝洗4遍，至洗液中無Cl-，得超細粉體；(5)在超細粉體中添加7份PVA溶液進行研磨造粒，過篩，在150MPa壓力下壓製成型,製成陶瓷坯體；(6)陶瓷坯體在700℃下進行排塑處理，然後送入高溫爐中進行燒結，燒結溫度為1000℃，燒結時間為4h，即得到高居裡溫度無鉛壓電陶瓷。(7)將得到的高居裡溫度無鉛壓電陶瓷鍍上電極，在100℃的矽油浴中，在4kV/mm電壓下極化60min。測試實施例1-3製得的壓電陶瓷的綜合電性能(厚度約1mm，直徑為10mm的陶瓷圓片)。表1實施例1-3性能測試結果實施例d33,pC/NTc,℃實施例1330405實施例2352402實施例3365410從表1中可看出，本發明製備的陶瓷材料壓電係數大(大於300pC/N)，具有較高的高居裡溫度(可達400℃以上)。當前第1頁1 2 3