一種高電阻率高溫壓電陶瓷材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及壓電陶瓷材料的制備技術領域，具體地說，涉及一種高電阻率高溫壓 電陶瓷材料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 鈣鈦礦結構壓電陶瓷BiSc03-PbTi03 (BSPT)具有較高的居里溫度（rc~450°C )，其 應用溫度可以到達200°C，其溫度應用范圍比商用廣泛的PZT體系壓電陶瓷高出100°C(PZT 陶瓷的溫度應用范圍在l〇〇°C以下)，并BSPT在其應用溫度范圍內能夠保持較高的壓電性 能（43~450 pC/N)，該壓電性能跟商用的PZT陶瓷相近。因此，BSPT陶瓷可以在石油勘探、 火焰探測、汽車尾氣檢測等傳感器和換能器方面有教為突出的應用潛質。
[0003] 目前，BSPT陶瓷在高溫應用存在電阻率偏小的問題，這導致在高溫輸出信號的不 穩(wěn)定，電阻率作為陶瓷在電子元器件應用的一個重要參數應受到重點關注。特別是在高溫 條件下，壓電陶瓷的電阻率對漏電和介電損耗影響明顯，這也直接對高溫狀態(tài)下的陶瓷的 穩(wěn)定性產生影響。Zhang等（2005年，美國）采用固相法合成了錳摻雜BSPT陶瓷體系，研究 了高溫電阻、介電常數和壓電行為，發(fā)現在450°C條件下該陶瓷體系的電阻率為7Χ10 7Ω ·πι (Applied Physics Letters. 2005， 86: 26290426.)。
[0004] 在公開號為CN201210193860的發(fā)明專利中，公開了一種鈦酸鉍基高居里溫度壓電 陶瓷及其制備方法，該體系陶瓷居里溫度高溫于450°C，但是，其壓電常數較小低于20pC/ N，信號輸出需要采用疊片封裝，這造成傳感器的體積增加。美國專利US-2008/0134795A1 描述了一種鉍層狀CaBi 2Ni2AMA^溫壓電陶瓷的居里溫度超過500°C，但是其壓電系數毛 小于10pC/N，而且其高溫電阻率并沒有涉及。
[0005] 正如以上所介紹，高溫壓電器件構成的核心部件是高溫壓電陶瓷，其穩(wěn)定性很大 程度依賴于陶瓷的電阻率。空位和缺陷是導致高溫電阻率升高的主要因素。BSPT高溫壓電 陶瓷有遠優(yōu)于鉍層狀陶瓷的壓電性能，高的介電常數，易燒結，適用于高溫、低頻電子整機 的應用。但是，該材料缺點是高溫電阻率小，從而限制了其實際應用。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于，提供一種高電阻率高溫壓電陶瓷材料的制備方法，以解決上 述的技術問題。
[0007] 為實現上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是： 一種高電阻率高溫壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于：所述陶瓷材料的分子結構 為（1-1) (0· 88BiSc03-0. 12BiMnQ.5ZnQ.603)-fbTi0 3,其中 j-0. 55~0· 75 ;所述陶瓷材料的制 備方法是將BiMnZn03植入BiSc03_PbTi0 3中合成BiSc03-BiMnZn03_PbTi03陶瓷，具體包括如 下步驟： 1、 以Bi203、Ζη0、Μη02為原料，在900~1000°C條件下合成祀]?11211〇 3前驅體； 2、 以 Bi203、Sc203、PbO 為原料，在 900~1000°C條件下合成 BiSc03_PbTi03前驅體； 3、將扮111211〇3前驅體與BiScO 3-PbTi03前驅體混合，以無水乙醇為介質充分球磨后，裝 入剛玉坩堝內進行預合成，再經成型，制得BiSc03- BiMnZn03_PbTi03陶瓷材料。
[0008] 有益效果：與現有技術相比，本發(fā)明工藝簡單，具有與現行的固相反應工藝良好 的兼容性，便于工業(yè)生產；在制得的陶瓷材料中，Bi-Ο和Μη-0構成氧八面體，四方結構， 具有高穩(wěn)定性和高可靠性，其380°C高溫退火后的壓電常數達到200pC/N，400°C的阻率為 6Χ108Ω · m〇
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明所述陶瓷材料的陶瓷介電常數隨溫度的變化曲線； 圖2是本發(fā)明所述陶瓷材料的退火溫度與壓常數的變化曲線。
【具體實施方式】
[0010] 下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0011] 實施例1: 本實施例所述的高電阻率的高溫壓電陶瓷材料，其分子式為（1-x) (0.88BiSc03-0. 1 2BiMna5ZnQ.603)-fbTi0 3,其中，χ=0· 68, Bi203、Sc203、Μη02、ZnO 為分析純。制備方法是將 BiMnZn03植入 BiScO 3-PbTi03中合成 0· 32(0. 88BiSc0 3-0· 12BiMna5Zna603)-0. 68PbTi03陶 瓷，具體包括如下步驟： 1、 制備BiMna5ZnQ.603前驅體；以分析純Bi 203、Μη02、Ζη0為原料，按照BiMnQ. 5Zna603的化 學計量比配料，在無水乙醇介質中球磨8小時烘干，烘干溫度為55°C，烘干時間為10小時， 烘干后在920°C高溫下預燒6小時獲得BiMn a5Zna603前驅體； 2、 制備BiSc03_PbTi03前驅體，以分析純Bi 203、Sc203、Ti02、PbO為原料，按照 0. 32BiSc03-0 . 68PbTi03的化學計量比配料，在950°C條件下合成祀5(：03-?13110 3前驅體； 3、 混料與成型：將BiMna5Z%603前驅體和0. 32BiSc0 3-0. 68PbTi03前驅體按照化學計 量比混合，以無水乙醇為介質充分球磨12小時，添加8%的PVB造粒，在20MPa的壓強下壓 制成型為陶瓷坯體； 4、 燒結：對陶瓷坯體燒結，得到 0. 32(0. 88BiSc03-0. 12BiMnQ.5Zna603)-0. 68 ?1^1103陶 瓷，燒結溫度為ll〇〇°C，燒結時間為2小時。
[0012] 對所獲得的 0· 32(0. 88BiSc03-0. 12BiMna5Zna603)-0. 68PbTi03陶瓷打磨拋光被銀 后，采用高溫銀漿涂覆電極，在750°C燒銀20分鐘，老化24小時后，進行電學性能測試，測試 結果參見表1。
[0013] 實施例2: 本實施例所述的高電阻率的高溫壓電陶瓷材料，其分子式為（1-x) (0.88BiSc03-0. 1 2BiMna5ZnQ.603)-fbTi0 3,其中，F〇· 70, Bi203、Sc203、Μη02、ZnO 為分析純。制備方法是將 BiMnZn03植入 BiScO 3-PbTi03中合成 0· 30(0. 88BiSc0 3-0· 12BiMna5Zna603)-0. 70PbTi03陶 瓷，具體包括如下步驟： 1、制備BiMnQ.5Zna603前驅體：以分析純Bi 203, Μη02, ZnO分析純?yōu)樵?，按?BiMna5Zna603的化學計量比配料，在無水乙醇介質中球磨8小時烘干，烘干溫度為55°C，烘 干時間為10小時，烘干后在920°C預燒6小時獲得BiMn a5Zna603前驅體； 2、 制備BiSc03-PbTi03前驅體：以分析純Bi 203、Sc203、Ti02、PbO為原料，照 0. 30BiSc03-0 . 70PbTi03的化學計量比配料在950°C條件下合成祀3。03-?131103前驅體； 3、 混料與成型：將BiMna5Z%603前驅體和0. 32BiScO 3-0. 68PbTi03前驅體按照化學計 量比混合，以無水乙醇為介質充分球磨球磨時間12小時，添加8%的PVB造粒，在20MPa的 壓強下壓制成型為陶瓷坯體； 4、 燒結：對陶瓷坯體燒結，得到 0. 30(0. 88BiSc03-0. 12BiMnQ.5Zna603)-0. 70 ?1^1103陶 瓷，燒結溫度為1120°C，燒結時間為2小時。
[0014] 對所獲得的 0· 30(0. 88BiSc03-0. 12BiMna5Zna603)-0. 70 PbTi03陶瓷打磨拋光被 銀后，采用高溫銀漿涂覆電極，在750°C燒銀20分鐘，老化24小時后，進行電學性能測試，測 試結果參見表1。
[0015] 實施例3: 本實施例是一種高電阻率的高溫壓電陶瓷，其配方為（1-x) (0.88BiSc03-0. 12BiMnQ.5Z na603)-fbTi03,其中，72,以 Bi203、Sc203、Μη02、ZnO 為分析純；制備方法是將 BiMnZn03 植入 BiSc03_PbTi03中合成 0· 28(0. 88BiSc03-0. 12BiMna5ZnQ.603)-0· 72PbTi03陶瓷，具體包 括如下步驟： 1、 制備BiMna5ZnQ.603前驅體：以分析純Bi 203、Μη02、Ζη0為原料，按照BiMnQ. 5Zna603的化 學計量比配料，在無水乙醇介質中球磨8小時烘干，烘干溫度為55°C，烘干時間為10小時， 烘干后在920°C預燒6小時獲得前驅體； 2、 制備BiSc03_PbTi03前驅體：以分析純Bi 203、Sc203、Ti02、PbO為原料，照 0. 28BiSc03-0. 72PbTi03的化學計量比配料在950°C條件下合成祀5(：03-?131103前驅體； 3、 混料與成型：將BiMna5Z%603前驅體和0. 32BiSc0 3-0. 68PbTi03前驅體按照化學計 量比混合，以無水乙醇為介質充分球磨時間12小時，添加8%的PVB造粒，在20MPa的壓強 下壓制成型為陶瓷坯體； 4、 燒結：對陶瓷坯體燒結，得到 0. 28(0. 88BiSc03-0. 12BiMnQ.5Zna603)-0. 72 ?1^1103陶 瓷，燒結溫度為1120°C，燒結時間為2小時。
[0016] 對所獲得的 0· 28(0. 88BiSc03-0. 12BiMna5Zna603)-0. 72 PbTi03陶瓷打磨拋光被 銀后，采用高溫銀漿涂覆電極，在750°C燒銀20分鐘，老化24小時后，進行電學性能測試，測 試結果參見表1。
[0017] 表1 實施例1~3中的電學性能測試結果
【主權項】
1. 一種高電阻率高溫壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于：所述陶瓷材料的分子結 構為（1-1) (0· 88BiSc03-0. 12BiMnQ.5ZnQ.603)-fbTi0 3,其中 J-0. 55~0· 75 ;所述陶瓷材料的 制備方法是將BiMnZn03植入BiSc03_PbTi0 3中合成BiSc03-BiMnZn03_PbTi03陶瓷，具體包括 如下步驟： (1) 以Bi203、Zn0、Mn02為原料，在900~1000°C條件下合成祀]?11211〇 3前驅體； (2) 以 Bi203、Sc203、Pb0 為原料，在 900~1000°C條件下合成 BiSc03_PbTi03前驅體； (3) 將扮111211〇3前驅體與BiScO 3-PbTi03前驅體混合，以無水乙醇為介質充分球磨后， 裝入剛玉坩堝內進行預合成，再經成型，制得BiSc0 3- BiMnZn03_PbTi03陶瓷材料。
【專利摘要】本發(fā)明涉及壓電陶瓷材料的制備技術領域，具體地說，涉及一種高電阻率高溫壓電陶瓷材料的制備方法。所述陶瓷材料的分子結構為（1-<i>x</i>）（0.88BiScO3-0.12BiMn0.5Zn0.6O3）-<i>x</i>PbTiO3，其中<i>x</i>=0.55~0.75；所述陶瓷材料的制備方法是將BiMnZnO3植入BiScO3-PbTiO3中合成BiScO3-BiMnZnO3-PbTiO3陶瓷。本發(fā)明工藝簡單，具有與現行的固相反應工藝良好的兼容性，便于工業(yè)生產；在制得的陶瓷材料中，Bi-O和Mn-O構成氧八面體，四方結構，具有高穩(wěn)定性和高可靠性，其380℃高溫退火后的壓電常數達到200pC/N，400℃的阻率為6×108Ω·m。
【IPC分類】C04B35/472, C04B35/622
【公開號】CN105622094
【申請?zhí)枴緾N201410583533
【發(fā)明人】石維, 冷森林, 彭志航, 黃帥, 龍禹, 王強, 李勇, 黃偉
【申請人】銅仁學院
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2014年10月28日