鐵電固溶體鈮镥酸鋇-鈦酸鉛制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種鐵電固溶體鈮镥酸鋇-鈦酸鉛的制備方法及其用途。通過X-射線粉末衍射，確定該體系為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，通過鐵電、介電和壓電測量，分析了其鐵電性、介電性和壓電性。基于結(jié)構(gòu)和介電性的測量分析，確定了該陶瓷體系的二元無限混溶體相圖。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種新型的電功能材料，特別是涉及一種新型的鐵電陶瓷材料。具體而言，本專利技術(shù)涉及到具有MPB結(jié)構(gòu)且居里溫度相對較高的鐵電材料，以及陶瓷的制備方法、結(jié)構(gòu)和電學性能。
技術(shù)介紹
鐵電材料由于其優(yōu)異的性能在醫(yī)學、國防、民用等方面有著廣泛而實際的應(yīng)用。經(jīng)歷大約六十年的發(fā)展歷程，已經(jīng)發(fā)展為具有優(yōu)異壓電性能的倍受人們關(guān)注的階段(1-x)Pb (Mg1/3Nb2/3) O3-XPbTi03(簡稱PMN_PT)和(I_x)Pb (Zn1/3Nb2/3) O3-XPbTiO3 (簡稱PZN_PT)體系。PMN-PT和PZN-PT由于其高的機電耦合系數(shù)(k33 > 90% )和超高壓電系數(shù)(d33 >2000pC/N)而成為新一代的超聲換能器、傳感器和驅(qū)動器的核心壓電材料。但是此類材料有幾點缺陷，如居里溫度低(140-170°C )和MPB相變溫度低(< 80°C )，容易退極化，實際應(yīng)用的溫度范圍窄；含鉛量大，在使用過程中給環(huán)境和人類健康造成危害；介電常數(shù)不夠高，在介電方面的應(yīng)用受到限制等。因此，我們希望探索一種新型的高居里點、高性能的無鉛、少鉛鐵電材料，以適用當前鐵電材料的發(fā)展要求。(1-x)Ba(Mg1/3Nb2/3)O3-XPbTiO3(BMN-PT)和(1-x) Ba (Znl73Nb273) O3-XPbTiO3 (BZN-PT)作為新型的少鉛鐵電材料的研究已經(jīng)有所報導(dǎo)，它們在一定程度上減少了鉛對環(huán)境和人類的危害問題，但是居里溫度仍不夠高，所以，我們希望找到一種居里點更高，性能更好的固溶體系。以PbTiO3為基的鐵電固溶體由于具有優(yōu)越的壓電性能，使其在機電轉(zhuǎn)換方面的應(yīng)用得到廣泛的關(guān)注，而這種好的壓電性能通常出現(xiàn)在準同型相界附近。其機制在于準同型相界附存在亞穩(wěn)相，因此只需施加很小的電場就可以導(dǎo)致極化翻轉(zhuǎn)，從而表現(xiàn)出很高的壓電活性。同時，由于處于MPB中的兩相能量比較接近，這使得它們之間更容易發(fā)生能量耦合，從而產(chǎn)生高的耦合系數(shù)。因此，具有MPB結(jié)構(gòu)的鐵電固溶體系成為尋找性能優(yōu)越的鐵電材料的一個重要方向。基于上面的原因，我們開展了對BLN-PT固溶體系的研究。通過對其陶瓷研究確定MPB區(qū)域，測定陶瓷的結(jié)構(gòu)、介電和鐵電性能，進一步研究MPB區(qū)域組分的單晶生長、結(jié)構(gòu)和性能，并且系統(tǒng)研究該體系的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，為探索新型鐵電固溶體系提供指南。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于公開一種全新的鐵電固溶體系(1-x)Ba(Lu1/2Nb1/2)-XPbTiO3(0<X < I)，簡稱 BLN-PT。為實現(xiàn)本專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案本專利技術(shù)制備的新型鐵電固溶體鈮镥酸鋇-鈦酸鉛，該固溶體化學式為(1-x)Ba (Lul72Nbl72) O3-XPbTiO3 (0 < x < I)，屬于鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)。該固溶體陶瓷存在準同型相界，且組成范圍為0. 64 < X < 0. 68。本專利技術(shù)采用兩步法制備， 包括如下步驟首先將Lu2O3和Nb2O5混合研磨合成LuNbO4,合成條件是1250°C保溫兩小時。然后LuNbO4與Pb0、Ti02和BaCO3按照不同比例稱重球磨12h，在950-1050°C恒溫4h，得到(1-X)Ba(Luiy2Nlv2)O3-XPbTiO3不同組成的預(yù)合成粉末，將其研磨、烘干，在1200-1300°C燒結(jié)，得到(1-x)Ba(Lu1/2Nb1/2)O3-XPbTiO3的陶瓷樣品。本專利技術(shù)制備的新型鐵電固溶體鈮镥酸鋇-鈦酸鉛用于機電換能器，激勵器，電容器，驅(qū)動器，微波通訊，微波介電，濾波器，超聲振蕩器和壓電蜂鳴器領(lǐng)域。本專利技術(shù)是基于尋找新型的具有MPB結(jié)構(gòu)的鐵電固溶體系而進行的。BLN-PT作為弛豫鐵電固溶體系，具有很好的研究價值。首先合成粉末，用X-射線粉末衍射確定結(jié)構(gòu)，初步找到MPB區(qū)域，進一步摸索燒結(jié)條件，完成陶瓷的合成。然后，對其介電性質(zhì)和鐵電性質(zhì)進行測試分析，通過以上的分析確定相圖及MPB區(qū)域。附圖說明圖1BLN-PT體系介電常數(shù)隨溫度的變化。圖2組成為0. 32BLN-0. 68PT陶瓷的電滯回線。圖3BLN-PT體系的部分相圖。具體實施例方式例1:采用兩步法制備BLN-PT固溶體的陶瓷樣品(I)先合成LuNbO4,按一定的化學計量比稱取Lu2O5和Nb2O5原料，加無水乙醇球磨12h，壓片，1250°C恒溫 2h ，300°C /h 升降溫。(2)合成后的LuNbO4樣品加無水乙醇和丙酮，研磨l_2h備用。(3)按照一定的化學計量比稱取LuNb04、BaCO3、PbO和TiO2，加無水乙醇球磨12h，壓片，在950-1050°C溫度范圍進行合成，得到X為0-0. 8組成范圍的BLN-PT胚體。(4)加無水乙醇和丙酮充分研磨，加5被％的PVA壓片，先以150°C /h的速度升至600°C，恒溫1. 5h去除PVA，然后在1200-1300°C恒溫3h，300°C /h升降溫，得到陶瓷樣品。以上得到的樣品即為本專利技術(shù)研制的鐵電陶瓷，其具體的制備條件如表I所示。表IBLN-PT陶瓷的制備條件本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種鐵電固溶體鈮镥酸鋇?鈦酸鉛，其特征在于：該固溶體化學式為(1?x)Ba(Lu1/2Nb1/2)O3?xPbTiO3(0＜x＜1)，屬于鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鐵電固溶體鈮镥酸鋇-鈦酸鉛，其特征在于該固溶體化學式為(1-X)Ba(Lul72Nbl72)O3-XPbTiO3(O < x < I)，屬于鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的鐵電固溶體鈮镥酸鋇-鈦酸鉛，其特征在于該固溶體陶瓷存在準同型相界，且組成范圍為O. 64 < X < O. 68。3.—種權(quán)利要求1所述的鐵電固溶體鈮镥酸鉛-鈦酸鉛的制備方法，采用兩步法制備，包括如下步驟首先將Lu2O3和Nb2O5混合研磨合成LuNbO4,合成條件是1250°C保溫兩...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：龍西法，沈東全，李修芝，王祖建，劉穎，何超，李濤，
申請(專利權(quán))人：中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：