盲专网 - 一种高电阻率、高压电活性钛酸铋钙基高温压电陶瓷及其制备方法

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2022-05-17	授权
2	2020-02-18	实质审查的生效	IPC(主分类): C04B 35/475 专利申请号: 201911096777.1 申请日: 2019.11.12
3	2020-01-17	公开

发明内容

[0005] 针对上述现有技术不足，本发明的目的是提供一种高电阻率、高压电活性钛酸铋钙基高温压电陶瓷及其制备方法，利用Mn、Ta元素对铋层状结构钛酸铋钙(CaBi4Ti4O15)压电陶瓷材料进行共掺杂改性，在不降低居里温度温度的同时，提高其压电性能，制备出一种新型的、环境友好型的压电陶瓷材料。

[0006] 为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供以下技术方案：

[0007] 一种高电阻率、高压电活性钛酸铋钙基高温压电陶瓷，其特征在于，该压电陶瓷的化学通式为CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO12，其中0

[0008] 本发明还提供一种高电阻率、高压电活性钛酸铋钙基高温压电陶瓷的制备方法，步骤如下：

[0009] 配料：以CaCO3粉体、Bi2O3粉体、TiO2粉体、MnCO3粉体和Ta2O5粉体为原料，按通式CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO12中Ca、Bi、Ti、Mn和Ta的化学计量进行配料，其中0

[0010] 一次球磨：向上述混合物中加入与混合物等量的无水乙醇，持续球磨12～24小时，使粉体混合均匀形成浆料，由此可以进一步的提高钛酸铋钙高温压电陶瓷材料的综合性能；

[0011] 烘干：将上述浆料置于恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料；

[0012] 压片预烧：将粉料置于磨具中预压成料块，将料块预烧，预烧温度为750～825℃，保温时间2～4小时；

[0013] 二次球磨：将预烧后的料块在研钵中，经碾碎研磨后得到初级粉料，向得到的初级粉料中加入与初级粉料等量的无水乙醇，持续球磨12～24小时，使粉体混合均匀形成浆料；

[0014] 烘干：将上述浆料置于恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨成粉料；

[0015] 造粒成型：将蒸馏水以及浓度为8％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为粘合剂掺入粉料中，掺入的蒸馏水的质量是粉料质量的2.5％，掺入的粘合剂的质量是粉料质量的5％，在研钵中混合均匀；将混合后的粉料置于磨具中，压制成生坯；将生坯在研钵中磨碎成粉料，通过60目和120目的筛子过筛，取60目和120目筛子中间层的粉料，得到了颗粒大小合适的粉料；将粉料置于磨具中，在200MPa的压强下压制成生坯；

[0016] 排胶：将生坯排胶，在650℃的温度下煅烧3小时，排除生坯中的PVA，得到瓷坯；

[0017] 烧结：将瓷坯进行烧结，烧结温度为1000～1100℃，保温时间2～4小时，得到陶瓷片；

[0018] 涂电极：将陶瓷片清洗、烘干、丝网印刷涂银电极、烧银，烧银温度500～600℃，保温时间1～2小时；

[0019] 极化：将镀好银电极的陶瓷片置于120～160℃的硅油中，极化电压为12kV/mm～15kV/mm，极化时间为20min～40min。

[0020] 优选地，在所述一次球磨和二次球磨过程中，所述球磨时间为12小时。

[0021] 优选地，在所述预烧过程中，所述预烧温度为825℃，所述保温时间为4小时。

[0022] 优选地，在所述烧结过程中，所述烧结温度为1025℃，所述保温时间为1小时。

[0023] 优选的，x＝0.02。

[0024] 优选的，x＝0.03。

[0025] 优选的，x＝0.04。

[0026] 优选的，x＝0.05。

[0027] 优选的，x＝0.06。

[0028] 优选的，x＝0.1。

[0029] 与现有技术相比较，本发明的技术方案，通过Mn和Ta取代B位的Ti，并控制掺杂元素的加入量，有效提高了钛酸铋钙高温压电陶瓷材料的压电性能。需要说明的是，现有技术中虽然有许多关于对压电陶瓷材料进行元素掺杂的报道，但是不同的掺杂元素，掺杂元素不同的加入量，都会对压电陶瓷材料的整体性能产生较大影响，则需要在试验过程中不断摸索，反复试验才能得到，发明人在前期研究中也尝试了多种不同元素对钛酸铋高温压电陶瓷材料的掺杂，但对于其他元素的掺杂，采用本发明的Mn和Ta元素共掺杂，制备得到的铋层状结构钛酸铋钙高温压电材料表现出更为优异的压电性能。

[0030] 实验数据表明，本发明具有优异的性能：

[0031] 本发明Mn、Ta元素共掺杂改性的铋层状钛酸铋钙(CaBi4Ti4O15)压电陶瓷材料，居里温度为793℃，压电常数d33高达24pC/N，并具有良好的高温稳定性，在400℃时，电阻率ρ＝7
9.63×10Ω·cm，在高温领域具有良好的应用前景。

[0032] 另外，该发明通过传统压电陶瓷工业制得，制备成本低，工业简单且适合于大批量工业化生产，掺杂改性后的陶瓷材料的压电性能较之前提高了四倍以上，推进了高温压电材料的进展。

实施方案

[0042] 下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

[0043] 实施例1

[0044] 制备符合化学组成CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.02的Mn/Ta共掺杂改性的钛酸铋钙(CaBi4Ti4O15)无铅压电陶瓷，包括以下几个步骤：

[0045] (1)配料：以CaCO3粉体、Bi2O3粉体、TiO2粉体、MnCO3粉体和Ta2O5粉体为原料，按通式中Ca、Bi、Ti、Mn和Ta的化学计量进行配料；

[0046] (2)一次球磨：向上述混合物中加入与混合物等量的无水乙醇，持续球磨12小时，使粉体混合均匀形成浆料，由此可以进一步的提高钛酸铋钙高温压电陶瓷材料的综合性能；

[0047] (3)烘干：将上述浆料置于恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料；

[0048] (4)压片预烧：将粉料置于磨具中预压成料块，将料块预烧，预烧温度为825℃，保温时间4小时；

[0049] (5)二次球磨：将预烧后的料块在研钵中，经碾碎研磨后得到初级粉料，向得到的初级粉料中加入与初级粉料等量的无水乙醇，持续球磨12小时，使粉体混合均匀形成浆料；

[0050] (6)烘干：将上述浆料置于恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨成粉料；

[0051] (7)造粒成型：将蒸馏水以及浓度为8％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为粘合剂掺入粉料中，掺入的蒸馏水的质量是粉料质量的2.5％，掺入的粘合剂的质量是粉料质量的5％，在研钵中混合均匀；将混合后的粉料置于磨具中，压制成生坯；将生坯在研钵中磨碎成粉料，通过60目和120目的筛子过筛，取60目和120目筛子中间层的粉料，得到了颗粒大小合适的粉料；将粉料置于磨具中，在200MPa的压强下压制成生坯；

[0052] (8)排胶：将生坯排胶，在650℃的温度下煅烧3小时，排除生坯中的PVA，得到瓷坯；

[0053] (9)烧结：将瓷坯进行烧结，烧结温度为1025℃，保温时间1小时，得到陶瓷片；

[0054] (10)涂电极：将陶瓷片清洗、烘干、丝网印刷涂银电极、烧银，烧银温度500～600℃，保温时间1～2小时；

[0055] (11)极化：将镀好银电极的陶瓷片置于120～160℃的硅油中，极化电压为12kV/mm～15kV/mm，极化时间为20min～40min。

[0056] 如图1中所示为实施例1中制备的CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.02陶瓷的XRD衍射图，以及介电常数随温度变化的曲线；图7是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的居里温度变化图；图8是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的室温压电系数变化图；图9是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的400℃时电阻率变化图。

[0057] 由图1可以看出，本实施例制备的Mn/Ta共掺杂改性的钛酸铋钙无铅压电陶瓷与纯相的钛酸铋钙压电陶瓷的XRD图谱基本一致。

[0058] 测试结果如下：d33＝18pC/N，TC＝794℃，400℃时电阻率ρ＝1.12×108Ω·cm。

[0059] 实施例2

[0060] 制备符合化学组成CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.03的Mn/Ta共掺杂改性的钛酸铋钙(CaBi4Ti4O15)无铅压电陶瓷，包括以下几个步骤：

[0061] (1)配料：以CaCO3粉体、Bi2O3粉体、TiO2粉体、MnCO3粉体和Ta2O5粉体为原料，按通式中Ca、Bi、Ti、Mn和Ta的化学计量进行配料；

[0062] (2)一次球磨：向上述混合物中加入与混合物等量的无水乙醇，持续球磨12小时，使粉体混合均匀形成浆料，由此可以进一步的提高钛酸铋钙高温压电陶瓷材料的综合性能；

[0063] (3)烘干：将上述浆料置于恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料；

[0064] (4)压片预烧：将粉料置于磨具中预压成料块，将料块预烧，预烧温度为825℃，保温时间4小时；

[0065] (5)二次球磨：将预烧后的料块在研钵中，经碾碎研磨后得到初级粉料，向得到的初级粉料中加入与初级粉料等量的无水乙醇，持续球磨12小时，使粉体混合均匀形成浆料；

[0066] (6)烘干：将上述浆料置于恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨成粉料；

[0067] (7)造粒成型：将蒸馏水以及浓度为8％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为粘合剂掺入粉料中，掺入的蒸馏水的质量是粉料质量的2.5％，掺入的粘合剂的质量是粉料质量的5％，在研钵中混合均匀；将混合后的粉料置于磨具中，压制成生坯；将生坯在研钵中磨碎成粉料，通过60目和120目的筛子过筛，取60目和120目筛子中间层的粉料，得到了颗粒大小合适的粉料；将粉料置于磨具中，在200MPa的压强下压制成生坯；

[0068] (8)排胶：将生坯排胶，在650℃的温度下煅烧3小时，排除生坯中的PVA，得到瓷坯；

[0069] (9)烧结：将瓷坯进行烧结，烧结温度为1025℃，保温时间4小时，得到陶瓷片；

[0070] (10)涂电极：将陶瓷片清洗、烘干、丝网印刷涂银电极、烧银，烧银温度500～600℃，保温时间1～2小时；

[0071] (11)极化：将镀好银电极的陶瓷片置于120～160℃的硅油中，极化电压为12kV/mm～15kV/mm，极化时间为20min～40min。

[0072] 如图2中所示为实施例2中制备的CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.03陶瓷的XRD衍射图，以及介电常数随温度变化的曲线；图7是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的居里温度变化图；图8是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的室温压电系数变化图；图9是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的400℃时电阻率变化图。

[0073] 由图2可以看出，本实施例制备的Mn/Ta共掺杂改性的钛酸铋钙无铅压电陶瓷与纯相的钛酸铋压电陶瓷的XRD图谱基本一致。

[0074] 测试结果如下：d33＝21pC/N，TC＝793℃，400℃时电阻率ρ＝4.11×108Ω·cm。

[0075] 实施例3

[0076] 制备符合化学组成CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.04的Mn/Ta共掺杂改性的钛酸铋钙(CaBi4Ti4O15)无铅压电陶瓷，包括以下几个步骤：

[0077] (1)配料：以CaCO3粉体、Bi2O3粉体、TiO2粉体、MnCO3粉体和Ta2O5粉体为原料，按通式中Ca、Bi、Ti、Mn和Ta的化学计量进行配料；

[0078] (2)一次球磨：向上述混合物中加入与混合物等量的无水乙醇，持续球磨12小时，使粉体混合均匀形成浆料，由此可以进一步的提高钛酸铋钙高温压电陶瓷材料的综合性能；

[0079] (3)烘干：将上述浆料置于恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料；

[0080] (4)压片预烧：将粉料置于磨具中预压成料块，将料块预烧，预烧温度为825℃，保温时间4小时；

[0081] (5)二次球磨：将预烧后的料块在研钵中，经碾碎研磨后得到初级粉料，向得到的初级粉料中加入与初级粉料等量的无水乙醇，持续球磨12小时，使粉体混合均匀形成浆料；

[0082] (6)烘干：将上述浆料置于恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨成粉料；

[0083] (7)造粒成型：将蒸馏水以及浓度为8％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为粘合剂掺入粉料中，掺入的蒸馏水的质量是粉料质量的2.5％，掺入的粘合剂的质量是粉料质量的5％，在研钵中混合均匀；将混合后的粉料置于磨具中，压制成生坯；将生坯在研钵中磨碎成粉料，通过60目和120目的筛子过筛，取60目和120目筛子中间层的粉料，得到了颗粒大小合适的粉料；将粉料置于磨具中，在200MPa的压强下压制成生坯；

[0084] (8)排胶：将生坯排胶，在650℃的温度下煅烧3小时，排除生坯中的PVA，得到瓷坯；

[0085] (9)烧结：将瓷坯进行烧结，烧结温度为1025℃，保温时间1小时，得到陶瓷片；

[0086] (10)涂电极：将陶瓷片清洗、烘干、丝网印刷涂银电极、烧银，烧银温度500～600℃，保温时间1～2小时；

[0087] (11)极化：将镀好银电极的陶瓷片置于120～160℃的硅油中，极化电压为12kV/mm～15kV/mm，极化时间为20min～40min。

[0088] 如图3中所示为实施例3中制备的CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.04陶瓷的XRD衍射图，以及介电常数随温度变化的曲线；图7是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的居里温度变化图；图8是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的室温压电系数变化图；图9是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的400℃时电阻率变化图。

[0089] 由图3可以看出，本实施例制备的Mn/Ta共掺杂改性的钛酸铋钙无铅压电陶瓷与纯相的钛酸铋钙压电陶瓷的XRD图谱基本一致。

[0090] 测试结果如下：d33＝24pC/N，TC＝793℃，400℃时电阻率ρ＝4.96×108Ω·cm。

[0091] 实施例4

[0092] 制备符合化学组成CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.05的Mn/Ta共掺杂改性的钛酸铋(Bi4Ti3O12)无铅压电陶瓷，包括以下几个步骤：

[0093] (1)配料：以CaCO3粉体、Bi2O3粉体、TiO2粉体、MnCO3粉体和Ta2O5粉体为原料，按通式中Ca、Bi、Ti、Mn和Ta的化学计量进行配料；

[0094] (2)一次球磨：向上述混合物中加入与混合物等量的无水乙醇，持续球磨12小时，使粉体混合均匀形成浆料，由此可以进一步的提高钛酸铋钙高温压电陶瓷材料的综合性能；

[0095] (3)烘干：将上述浆料置于恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料；

[0096] (4)压片预烧：将粉料置于磨具中预压成料块，将料块预烧，预烧温度为825℃，保温时间4小时；

[0097] (5)二次球磨：将预烧后的料块在研钵中，经碾碎研磨后得到初级粉料，向得到的初级粉料中加入与初级粉料等量的无水乙醇，持续球磨12小时，使粉体混合均匀形成浆料；

[0098] (6)烘干：将上述浆料置于恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨成粉料；

[0099] (7)造粒成型：将蒸馏水以及浓度为8％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为粘合剂掺入粉料中，掺入的蒸馏水的质量是粉料质量的2.5％，掺入的粘合剂的质量是粉料质量的5％，在研钵中混合均匀；将混合后的粉料置于磨具中，压制成生坯；将生坯在研钵中磨碎成粉料，通过60目和120目的筛子过筛，取60目和120目筛子中间层的粉料，得到了颗粒大小合适的粉料；将粉料置于磨具中，在200MPa的压强下压制成生坯；

[0100] (8)排胶：将生坯排胶，在650℃的温度下煅烧3小时，排除生坯中的PVA，得到瓷坯；

[0101] (9)烧结：将瓷坯进行烧结，烧结温度为1025℃，保温时间1小时，得到陶瓷片；

[0102] (10)涂电极：将陶瓷片清洗、烘干、丝网印刷涂银电极、烧银，烧银温度500～600℃，保温时间1～2小时；

[0103] (11)极化：将镀好银电极的陶瓷片置于120～160℃的硅油中，极化电压为12kV/mm～15kV/mm，极化时间为20min～40min。

[0104] 如图4中所示为实施例4中制备的CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.05陶瓷的XRD衍射图，以及介电常数随温度变化的曲线；图7是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的居里温度变化图；图8是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的室温压电系数变化图；图9是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的400℃时电阻率变化图。

[0105] 由图4可以看出，本实施例制备的Mn/Ta共掺杂改性的钛酸铋钙无铅压电陶瓷与纯相的钛酸铋钙压电陶瓷的XRD图谱基本一致。

[0106] 测试结果如下：d33＝23pC/N，TC＝793℃，400℃时电阻率ρ＝2.33×108Ω·cm。

[0107] 实施例5

[0108] 制备符合化学组成CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.06的Mn/Ta共掺杂改性的钛酸铋钙(CaBi4Ti4O15)无铅压电陶瓷，包括以下几个步骤：

[0109] (1)配料：以CaCO3粉体、Bi2O3粉体、TiO2粉体、MnCO3粉体和Ta2O5粉体为原料，按通式中Ca、Bi、Ti、Mn和Ta的化学计量进行配料；

[0110] (2)一次球磨：向上述混合物中加入与混合物等量的无水乙醇，持续球磨12小时，使粉体混合均匀形成浆料，由此可以进一步的提高钛酸铋钙高温压电陶瓷材料的综合性能；

[0111] (3)烘干：将上述浆料置于恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料；

[0112] (4)压片预烧：将粉料置于磨具中预压成料块，将料块预烧，预烧温度为825℃，保温时间4小时；

[0113] (5)二次球磨：将预烧后的料块在研钵中，经碾碎研磨后得到初级粉料，向得到的初级粉料中加入与初级粉料等量的无水乙醇，持续球磨12小时，使粉体混合均匀形成浆料；

[0114] (6)烘干：将上述浆料置于恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨成粉料；

[0115] (7)造粒成型：将蒸馏水以及浓度为8％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为粘合剂掺入粉料中，掺入的蒸馏水的质量是粉料质量的2.5％，掺入的粘合剂的质量是粉料质量的5％，在研钵中混合均匀；将混合后的粉料置于磨具中，压制成生坯；将生坯在研钵中磨碎成粉料，通过60目和120目的筛子过筛，取60目和120目筛子中间层的粉料，得到了颗粒大小合适的粉料；将粉料置于磨具中，在200MPa的压强下压制成生坯；

[0116] (8)排胶：将生坯排胶，在650℃的温度下煅烧3小时，排除生坯中的PVA，得到瓷坯；

[0117] (9)烧结：将瓷坯进行烧结，烧结温度为1025℃，保温时间1小时，得到陶瓷片；

[0118] (10)涂电极：将陶瓷片清洗、烘干、丝网印刷涂银电极、烧银，烧银温度500～600℃，保温时间1～2小时；

[0119] (11)极化：将镀好银电极的陶瓷片置于120～160℃的硅油中，极化电压为12kV/mm～15kV/mm，极化时间为20min～40min。

[0120] 如图5中所示为实施例5中制备的CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.06陶瓷的XRD衍射图，以及介电常数随温度变化的曲线；图7是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的居里温度变化图；图8是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的室温压电系数变化图；图9是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的400℃时电阻率变化图。

[0121] 由图5可以看出，本实施例制备的Mn/Ta共掺杂改性的钛酸铋钙无铅压电陶瓷与纯相的钛酸铋钙压电陶瓷的XRD图谱基本一致。

[0122] 测试结果如下：d33＝22pC/N，TC＝792℃，400℃时电阻率ρ＝6.19×107Ω·cm。

[0123] 实施例6

[0124] 制备符合化学组成CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.1的Mn/Ta共掺杂改性的钛酸铋钙(CaBi4Ti4O15)无铅压电陶瓷，包括以下几个步骤：

[0125] (1)配料：以CaCO3粉体、Bi2O3粉体、TiO2粉体、MnCO3粉体和Ta2O5粉体为原料，按通式中Ca、Bi、Ti、Mn和Ta的化学计量进行配料；

[0126] (2)一次球磨：向上述混合物中加入与混合物等量的无水乙醇，持续球磨12小时，使粉体混合均匀形成浆料，由此可以进一步的提高钛酸铋钙高温压电陶瓷材料的综合性能；

[0127] (3)烘干：将上述浆料置于恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨，得到粉料；

[0128] (4)压片预烧：将粉料置于磨具中预压成料块，将料块预烧，预烧温度为825℃，保温时间4小时；

[0129] (5)二次球磨：将预烧后的料块在研钵中，经碾碎研磨后得到初级粉料，向得到的初级粉料中加入与初级粉料等量的无水乙醇，持续球磨12小时，使粉体混合均匀形成浆料；

[0130] (6)烘干：将上述浆料置于恒温烘箱中烘烤，去除无水乙醇，并在研钵中研磨成粉料；

[0131] (7)造粒成型：将蒸馏水以及浓度为8％的聚乙烯醇溶液(PVA)作为粘合剂掺入粉料中，掺入的蒸馏水的质量是粉料质量的2.5％，掺入的粘合剂的质量是粉料质量的5％，在研钵中混合均匀；将混合后的粉料置于磨具中，压制成生坯；将生坯在研钵中磨碎成粉料，通过60目和120目的筛子过筛，取60目和120目筛子中间层的粉料，得到了颗粒大小合适的粉料；将粉料置于磨具中，在200MPa的压强下压制成生坯；

[0132] (8)排胶：将生坯排胶，在650℃的温度下煅烧3小时，排除生坯中的PVA，得到瓷坯；

[0133] (9)烧结：将瓷坯进行烧结，烧结温度为1025℃，保温时间1小时，得到陶瓷片；

[0134] (10)涂电极：将陶瓷片清洗、烘干、丝网印刷涂银电极、烧银，烧银温度500～600℃，保温时间1～2小时；

[0135] (11)极化：将镀好银电极的陶瓷片置于120～160℃的硅油中，极化电压为12kV/mm～15kV/mm，极化时间为20min～40min。

[0136] 如图6中所示为实施例6中制备的CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.1陶瓷的XRD衍射图，以及介电常数随温度变化的曲线；图7是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的居里温度变化图；图8是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的室温压电系数变化图；图9是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的400℃时电阻率变化图。

[0137] 由图6可以看出，本实施例制备的Mn/Ta共掺杂改性的钛酸铋钙无铅压电陶瓷与纯相的钛酸铋钙压电陶瓷的XRD图谱基本一致。

[0138] 测试结果如下：d33＝21pC/N，TC＝791℃，400℃时电阻率ρ＝3.39×107Ω·cm。

[0139] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

[0140] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

附图说明

[0033] 图1是实施例1中制备的CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.02陶瓷的XRD衍射图，以及介电常数随温度变化的曲线；

[0034] 图2是实施例2中制备的CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.03陶瓷的XRD衍射图，以及介电常数随温度变化的曲线；

[0035] 图3是实施例3中制备的CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.04陶瓷的XRD衍射图，以及介电常数随温度变化的曲线；

[0036] 图4是实施例4中制备的CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.05陶瓷的XRD衍射图，以及介电常数随温度变化的曲线；

[0037] 图5是实施例5中制备的CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.06陶瓷的XRD衍射图，以及介电常数随温度变化的曲线；

[0038] 图6是实施例5中制备的CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15，x＝0.1陶瓷的XRD衍射图，以及介电常数随温度变化的曲线；

[0039] 图7是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的居里温度变化图；

[0040] 图8是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的室温压电系数变化图；

[0041] 图9是不同量的Mn/Ta掺杂CaBi4Ti4‑x(Mn1/3Ta2/3)xO15陶瓷的400℃时电阻率变化图。

有效性	有效专利	专利类型	发明专利
申请号	CN201911096777.1	申请日	2019-11-12
公开/公告号	CN110698195B	公开/公告日	2022-05-17
授权日	2022-05-17	预估到期日	2039-11-12
申请年	2019年	公开/公告年	2022年
缴费截止日
分类号	C04B35/475 、C04B41/88	主分类号	C04B35/475
是否联合申请	独立申请	文献类型号	B
独权数量	1	从权数量	4
权利要求数量	5	非专利引证数量	1
引用专利数量	1	被引证专利数量	0
非专利引证	1、2000.06.15Z-Y Shen et al.Enhanced piezoelectricproperties of Nb and Mn co-dopedCaBi4Ti4O15 high temperaturepiezoceramics《.Materials ResearchBulletin》.2015,第63卷第129-133页. Z-Y Shen et al.Enhanced piezoelectricproperties of Nb and Mn co-dopedCaBi4Ti4O15 high temperaturepiezoceramics《.Materials ResearchBulletin》.2015,第63卷第129-133页.;
引用专利	WO0034550A	被引证专利
专利权维持	3	专利申请国编码	CN
专利事件		事务标签	公开、实质审查、授权

申请人	杭州电子科技大学	第一申请人	杭州电子科技大学
专利权人	杭州电子科技大学	当前专利权人	杭州电子科技大学
发明人	郑鹏、刘洋、白王峰、郑辉、郑梁、张阳	第一发明人	郑鹏
地址	浙江省杭州市下沙高教园区	邮编	310018
申请人数量	1	发明人数量	6
申请人所在省	浙江省	申请人所在市	浙江省杭州市

首页 > 专利 > 杭州电子科技大学 > 一种高电阻率、高压电活性钛酸铋钙基高温压电陶瓷及其制备方法专利详情

一种高电阻率、高压电活性钛酸铋钙基高温压电陶瓷及其制备方法 0 0

技术领域

背景技术

发明内容

实施方案

附图说明