本發(fā)明屬于壓電陶瓷
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備工藝。
背景技術(shù)：
：壓電陶瓷是傳感器、微機(jī)電系統(tǒng)以及各種電子器件的重要功能材料之一，也是一種將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的功能陶瓷。目前，壓電陶瓷普遍使用的是鋯鈦酸鉛、鈮銻酸鉛等鉛基材料制備而成，其中鉛的含量高達(dá)70%，且鉛在高溫下易揮發(fā)，給人體身體健康和環(huán)境造成了嚴(yán)重危害。隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的越來(lái)越重視以及電子器件的高速發(fā)展，對(duì)無(wú)鉛壓電陶瓷的需求越來(lái)越旺盛。現(xiàn)如今，對(duì)于無(wú)鉛壓電陶瓷的研究最多的是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)壓電陶瓷，而鈣鈦礦結(jié)構(gòu)壓電陶瓷大體可分為鈦酸鋇系（BT）、鈦酸鉍鈉系（BNT）、堿金屬鈮酸鹽系（KNN）等。然而，現(xiàn)有技術(shù)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)壓電陶瓷的壓電性能、居里溫度、機(jī)電耦合系數(shù)以及工作溫度范圍和穩(wěn)定性均與傳統(tǒng)的含鉛壓電陶瓷仍存在一定的差距，在一些特殊領(lǐng)域還無(wú)法完全替代傳統(tǒng)的含鉛壓電陶瓷，因此，有必要提供一種各項(xiàng)性能更佳的無(wú)鉛壓電陶瓷，可滿足更廣的應(yīng)用需求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)鉛壓電陶瓷及其制備工藝，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中至少一種技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案來(lái)如下：一種無(wú)鉛壓電陶瓷的制備工藝，包括以下制備步驟：步驟1、按照重量份稱取如下原料粉末：氧化鉍36-45份、二氧化鈦42-60份、碳酸鈉20-32份、二氧化鋯13-19份、碳酸鋇8-16份、磷酸鐵4-11份、氮化鉭2-8份、氧化鋁6-15份、氧化釔4-9份、氧化鈰2-8份、釩酸鑭3-6份、鉭酸鋰5-10份、硫酸鋱1-4份、六氟鋁酸鋰3-7份；步驟2、將上述原料粉末用乙醇濕磨，得到球磨料；步驟3、將球磨料烘干后壓塊，在700-920℃下預(yù)燒2-4小時(shí)；步驟4、將步驟3中的預(yù)燒料先粉碎，再球磨至500nm-1.5μm，之后加入粘結(jié)劑壓制成型，得到壓制件；步驟5、將步驟4中的成型件置于600-750℃下煅燒1-4小時(shí)，然后在惰性氣氛下，先于1100-1180℃下保溫1-4小時(shí)，再以20℃/min的速度降溫至600-750℃并保溫4-8小時(shí)，然后以5-15℃/min的速度升溫至1350-1450℃并保溫1-3小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到燒結(jié)件；步驟6、在步驟5中的燒結(jié)件的兩面印刷銀漿，先在320-400℃下保溫1-3小時(shí)，然后置于820-900℃下保溫3-6小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到被銀燒結(jié)件；步驟7、將步驟6中的被銀燒結(jié)件置于極化裝置中，于120-180℃溫度下，以2.8-6kV/mm電壓下極化30-60min，便制得無(wú)鉛壓電陶瓷。上述技術(shù)方案中，在步驟1中，所述原料粉末按如下重量份稱取：氧化鉍38-43份、二氧化鈦45-57份、碳酸鈉22-29份、二氧化鋯14-17份、碳酸鋇11-15份、磷酸鐵6-10份、氮化鉭4-7份、氧化鋁7-13份、氧化釔5-8.5份、氧化鈰3.2-7.6份、釩酸鑭3.6-5.3份、鉭酸鋰5.4-8份、硫酸鋱1.2-3.7份、六氟鋁酸鋰3.6-6.2份。上述技術(shù)方案中，在步驟3中，所述預(yù)燒溫度為920℃，預(yù)燒時(shí)間為3小時(shí)。上述技術(shù)方案中，在步驟4中，所述粘結(jié)劑為質(zhì)量比為4:1:2的聚乙烯醇縮丁醛、海藻酸鉀和聚丙烯酰胺的混合物，所述壓制成型的壓力為250-350MPa。上述技術(shù)方案中，在步驟5中，將步驟4中的成型件置于720℃下煅燒3小時(shí)。上述技術(shù)方案中，在步驟5中，先于1150℃下保溫2小時(shí)，再以20℃/min的速度降溫至620℃并保溫6小時(shí)，然后以10℃/min的速度升溫至1420℃并保溫2小時(shí)。上述技術(shù)方案中，在步驟6中，先在360℃下保溫2小時(shí)，然后置于870℃下保溫5小時(shí)；在步驟7中，于150℃溫度下，以4.8kV/mm電壓下極化45min。本發(fā)明還提供一種無(wú)鉛壓電陶瓷，所述無(wú)鉛壓電陶瓷由上述所述的無(wú)鉛壓電陶瓷的制備工藝制備而成。由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供的無(wú)鉛壓電陶瓷的壓電性能、居里溫度、機(jī)電耦合系數(shù)均得到大幅提高，其壓電系數(shù)d33為405~494pC/N，機(jī)電耦合系數(shù)kp為62~73%，介電損耗tanδ為0.011~0.014，居里溫度Tc為152~158℃，介電常數(shù)ε為2816~2863，具備在一些特殊領(lǐng)域替代傳統(tǒng)的含鉛壓電陶瓷的潛能，可進(jìn)一步擴(kuò)大其市場(chǎng)應(yīng)用需求。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1一種無(wú)鉛壓電陶瓷的制備工藝，包括以下制備步驟：步驟1、按照重量份稱取如下原料粉末：氧化鉍36份、二氧化鈦42份、碳酸鈉20份、二氧化鋯13份、碳酸鋇8份、磷酸鐵4、氮化鉭2份、氧化鋁6份、氧化釔4份、氧化鈰2份、釩酸鑭3份、鉭酸鋰5份、硫酸鋱1份、六氟鋁酸鋰3份；步驟2、將上述原料粉末用乙醇濕磨，得到球磨料；步驟3、將球磨料烘干后壓塊，在700℃下預(yù)燒2小時(shí)；步驟4、將步驟3中的預(yù)燒料先粉碎，再球磨至500nm-1.5μm，之后加入粘結(jié)劑壓制成型，得到壓制件；所述粘結(jié)劑為質(zhì)量比為4:1:2的聚乙烯醇縮丁醛、海藻酸鉀和聚丙烯酰胺的混合物，所述壓制成型的壓力為250MPa；步驟5、將步驟4中的成型件置于600℃下煅燒1小時(shí)，然后在惰性氣氛下，先于1180℃下保溫1小時(shí)，再以20℃/min的速度降溫至600℃并保溫4小時(shí)，然后以15℃/min的速度升溫至1350℃并保溫1小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到燒結(jié)件；步驟6、在步驟5中的燒結(jié)件的兩面印刷銀漿，先在320℃下保溫1小時(shí)，然后置于820℃下保溫3小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到被銀燒結(jié)件；步驟7、將步驟6中的被銀燒結(jié)件置于極化裝置中，于120℃溫度下，以2.8kV/mm電壓下極化30min，便制得無(wú)鉛壓電陶瓷。實(shí)施例2一種無(wú)鉛壓電陶瓷的制備工藝，包括以下制備步驟：步驟1、按照重量份稱取如下原料粉末：氧化鉍45份、二氧化鈦60份、碳酸鈉32份、二氧化鋯19份、碳酸鋇16份、磷酸鐵11份、氮化鉭8份、氧化鋁15份、氧化釔9份、氧化鈰8份、釩酸鑭6份、鉭酸鋰10份、硫酸鋱4份、六氟鋁酸鋰7份；步驟2、將上述原料粉末用乙醇濕磨，得到球磨料；步驟3、將球磨料烘干后壓塊，在920℃下預(yù)燒4小時(shí)；步驟4、將步驟3中的預(yù)燒料先粉碎，再球磨至500nm-1.5μm，之后加入粘結(jié)劑壓制成型，得到壓制件；所述粘結(jié)劑為質(zhì)量比為4:1:2的聚乙烯醇縮丁醛、海藻酸鉀和聚丙烯酰胺的混合物，所述壓制成型的壓力為350MPa；步驟5、將步驟4中的成型件置于750℃下煅燒4小時(shí)，然后在惰性氣氛下，先于1100℃下保溫4小時(shí)，再以20℃/min的速度降溫至750℃并保溫8小時(shí)，然后以5℃/min的速度升溫至1450℃并保溫3小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到燒結(jié)件；步驟6、在步驟5中的燒結(jié)件的兩面印刷銀漿，先在400℃下保溫3小時(shí)，然后置于900℃下保溫6小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到被銀燒結(jié)件；步驟7、將步驟6中的被銀燒結(jié)件置于極化裝置中，于180℃溫度下，以6kV/mm電壓下極化60min，便制得無(wú)鉛壓電陶瓷。實(shí)施例3一種無(wú)鉛壓電陶瓷的制備工藝，包括以下制備步驟：步驟1、按照重量份稱取如下原料粉末：氧化鉍38份、二氧化鈦45份、碳酸鈉22份、二氧化鋯14份、碳酸鋇11份、磷酸鐵6份、氮化鉭4份、氧化鋁7份、氧化釔5份、氧化鈰3.2份、釩酸鑭3.6份、鉭酸鋰5.4份、硫酸鋱1.2份、六氟鋁酸鋰3.6份；步驟2、將上述原料粉末用乙醇濕磨，得到球磨料；步驟3、將球磨料烘干后壓塊，在820℃下預(yù)燒3小時(shí)；步驟4、將步驟3中的預(yù)燒料先粉碎，再球磨至500nm-1.5μm，之后加入粘結(jié)劑壓制成型，得到壓制件；所述粘結(jié)劑為質(zhì)量比為4:1:2的聚乙烯醇縮丁醛、海藻酸鉀和聚丙烯酰胺的混合物，所述壓制成型的壓力為320MPa；步驟5、將步驟4中的成型件置于650℃下煅燒3小時(shí)，然后在惰性氣氛下，先于1150℃下保溫2小時(shí)，再以20℃/min的速度降溫至680℃并保溫7小時(shí)，然后以8℃/min的速度升溫至1380℃并保溫3小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到燒結(jié)件；步驟6、在步驟5中的燒結(jié)件的兩面印刷銀漿，先在360℃下保溫2小時(shí)，然后置于870℃下保溫5小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到被銀燒結(jié)件；步驟7、將步驟6中的被銀燒結(jié)件置于極化裝置中，于150℃溫度下，以4.8kV/mm電壓下極化45min，便制得無(wú)鉛壓電陶瓷。實(shí)施例4一種無(wú)鉛壓電陶瓷的制備工藝，包括以下制備步驟：步驟1、按照重量份稱取如下原料粉末：氧化鉍43份、二氧化鈦57份、碳酸鈉29份、二氧化鋯17份、碳酸鋇15份、磷酸鐵10份、氮化鉭7份、氧化鋁13份、氧化釔8.5份、氧化鈰7.6份、釩酸鑭5.3份、鉭酸鋰8份、硫酸鋱3.7份、六氟鋁酸鋰6.2份；步驟2、將上述原料粉末用乙醇濕磨，得到球磨料；步驟3、將球磨料烘干后壓塊，在780℃下預(yù)燒2小時(shí)；步驟4、將步驟3中的預(yù)燒料先粉碎，再球磨至500nm-1.5μm，之后加入粘結(jié)劑壓制成型，得到壓制件；所述粘結(jié)劑為質(zhì)量比為4:1:2的聚乙烯醇縮丁醛、海藻酸鉀和聚丙烯酰胺的混合物，所述壓制成型的壓力為280MPa；步驟5、將步驟4中的成型件置于670℃下煅燒3小時(shí)，然后在惰性氣氛下，先于1160℃下保溫3小時(shí)，再以20℃/min的速度降溫至670℃并保溫6小時(shí)，然后以12℃/min的速度升溫至1380℃并保溫2小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到燒結(jié)件；步驟6、在步驟5中的燒結(jié)件的兩面印刷銀漿，先在370℃下保溫3小時(shí)，然后置于860℃下保溫5小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到被銀燒結(jié)件；步驟7、將步驟6中的被銀燒結(jié)件置于極化裝置中，于140℃溫度下，以4.6kV/mm電壓下極化50min，便制得無(wú)鉛壓電陶瓷。實(shí)施例5一種無(wú)鉛壓電陶瓷的制備工藝，包括以下制備步驟：步驟1、按照重量份稱取如下原料粉末：氧化鉍41份、二氧化鈦53份、碳酸鈉28份、二氧化鋯16份、碳酸鋇13份、磷酸鐵8份、氮化鉭5份、氧化鋁11份、氧化釔6.8份、氧化鈰5.9份、釩酸鑭4.3份、鉭酸鋰7.2份、硫酸鋱3份、六氟鋁酸鋰4.9份；步驟2、將上述原料粉末用乙醇濕磨，得到球磨料；步驟3、將球磨料烘干后壓塊，在920℃下預(yù)燒3小時(shí)；步驟4、將步驟3中的預(yù)燒料先粉碎，再球磨至500nm-1.5μm，之后加入粘結(jié)劑壓制成型，得到壓制件；所述粘結(jié)劑為質(zhì)量比為4:1:2的聚乙烯醇縮丁醛、海藻酸鉀和聚丙烯酰胺的混合物，所述壓制成型的壓力為280MPa；步驟5、將步驟4中的成型件置于720℃下煅燒3小時(shí)，然后在惰性氣氛下，先于1150℃下保溫2小時(shí)，再以20℃/min的速度降溫至620℃并保溫6小時(shí)，然后以10℃/min的速度升溫至1420℃并保溫2小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到燒結(jié)件；步驟6、在步驟5中的燒結(jié)件的兩面印刷銀漿，先在360℃下保溫2小時(shí)，然后置于870℃下保溫5小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到被銀燒結(jié)件；步驟7、將步驟6中的被銀燒結(jié)件置于極化裝置中，于150℃溫度下，以4.8kV/mm電壓下極化45min，便制得無(wú)鉛壓電陶瓷。對(duì)比例1本對(duì)比例提供一種無(wú)鉛壓電陶瓷的制備工藝，包括以下制備步驟：步驟1、按照重量份稱取如下原料粉末：氧化鉍32份、二氧化鈦40份、碳酸鈉19份、二氧化鋯11份、碳酸鋇7份、磷酸鐵3份、氮化鉭1.8份、氧化鋁5.5份、氧化釔3.6份、氧化鈰1.4份、釩酸鑭2.7份、鉭酸鋰4.3份、硫酸鋱0.7份、六氟鋁酸鋰2.5份；步驟2、將上述原料粉末用乙醇濕磨，得到球磨料；步驟3、將球磨料烘干后壓塊，在700℃下預(yù)燒2小時(shí)；步驟4、將步驟3中的預(yù)燒料先粉碎，再球磨至500nm-1.5μm，之后加入粘結(jié)劑壓制成型，得到壓制件；所述粘結(jié)劑為質(zhì)量比為4:1:2的聚乙烯醇縮丁醛、海藻酸鉀和聚丙烯酰胺的混合物，所述壓制成型的壓力為250MPa；步驟5、將步驟4中的成型件置于600℃下煅燒1小時(shí)，然后在惰性氣氛下，先于1180℃下保溫1小時(shí)，再以20℃/min的速度降溫至600℃并保溫4小時(shí)，然后以15℃/min的速度升溫至1350℃并保溫1小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到燒結(jié)件；步驟6、在步驟5中的燒結(jié)件的兩面印刷銀漿，先在320℃下保溫1小時(shí)，然后置于820℃下保溫3小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到被銀燒結(jié)件；步驟7、將步驟6中的被銀燒結(jié)件置于極化裝置中，于120℃溫度下，以2.8kV/mm電壓下極化30min，便制得無(wú)鉛壓電陶瓷。對(duì)比例2本對(duì)比例提供一種無(wú)鉛壓電陶瓷的制備工藝，包括以下制備步驟：步驟1、按照重量份稱取如下原料粉末：氧化鉍47份、二氧化鈦62份、碳酸鈉35份、二氧化鋯20份、碳酸鋇19份、磷酸鐵14份、氮化鉭10份、氧化鋁16份、氧化釔11份、氧化鈰9份、釩酸鑭7份、鉭酸鋰11份、硫酸鋱4.3份、六氟鋁酸鋰8份；步驟2、將上述原料粉末用乙醇濕磨，得到球磨料；步驟3、將球磨料烘干后壓塊，在700℃下預(yù)燒2小時(shí)；步驟4、將步驟3中的預(yù)燒料先粉碎，再球磨至500nm-1.5μm，之后加入粘結(jié)劑壓制成型，得到壓制件；所述粘結(jié)劑為質(zhì)量比為4:1:2的聚乙烯醇縮丁醛、海藻酸鉀和聚丙烯酰胺的混合物，所述壓制成型的壓力為250MPa；步驟5、將步驟4中的成型件置于600℃下煅燒1小時(shí)，然后在惰性氣氛下，先于1180℃下保溫1小時(shí)，再以20℃/min的速度降溫至600℃并保溫4小時(shí)，然后以15℃/min的速度升溫至1350℃并保溫1小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到燒結(jié)件；步驟6、在步驟5中的燒結(jié)件的兩面印刷銀漿，先在320℃下保溫1小時(shí)，然后置于820℃下保溫3小時(shí)，隨爐冷卻至室溫，得到被銀燒結(jié)件；步驟7、將步驟6中的被銀燒結(jié)件置于極化裝置中，于120℃溫度下，以2.8kV/mm電壓下極化30min，便制得無(wú)鉛壓電陶瓷。對(duì)比例3本對(duì)比例提供一種無(wú)鉛壓電陶瓷的制備工藝，其與實(shí)施例1的不同之處為：原料粉末中不添加氮化鉭、氧化釔和釩酸鑭。對(duì)實(shí)施例1-5和對(duì)比例1-3所制備的壓電陶瓷進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果如下表所示：壓電系數(shù)d33/pC/N機(jī)電耦合系數(shù)kp/%介電損耗tanδ（室溫）居里溫度Tc/℃介電常數(shù)ε實(shí)施例1405620.0141522863實(shí)施例2439650.0131552872實(shí)施例3452670.0111572804實(shí)施例4473690.0121562816實(shí)施例5494730.0111582825對(duì)比例1363590.0161422842對(duì)比例2378560.0181472875對(duì)比例3356570.0151452887由上表測(cè)試結(jié)果可以看出，本發(fā)明提供的無(wú)鉛壓電陶瓷的壓電性能、居里溫度、機(jī)電耦合系數(shù)均得到大幅提高，其壓電系數(shù)d33為405~494pC/N，機(jī)電耦合系數(shù)kp為62~73%，介電損耗tanδ為0.011~0.014，居里溫度Tc為152~158℃，介電常數(shù)ε為2816~2863，具備在一些特殊領(lǐng)域替代傳統(tǒng)的含鉛壓電陶瓷的潛能，可進(jìn)一步擴(kuò)大其市場(chǎng)應(yīng)用需求。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3