本發明涉及高溫領域應用的無鉛壓電陶瓷材料，具體是一種abo3型鈣鈦礦結構bi0.96la0.06feo3基的具有高溫度穩定性的無鉛壓電陶瓷及其制備方法。
背景技術：
：高溫壓電傳感器具有結構簡單、體積小、響應快、使用壽命長、受外界干擾小等優點，被廣泛應用于原子能、航空航天、汽車、冶金與石油化工等工業的振動與沖擊測量。隨著這些工業領域快速發展，這些電子設備的工作環境極為苛刻，對壓電材料的工作溫度上限也提出了更高的要求。目前高溫壓電材料和器件主要是使用單晶材料，生產工藝復雜，價格昂貴，不利于大規模應用。壓電陶瓷可以制備成任意形狀的器件，制備工藝簡單，成本較低。因此，開發具有優異性能的高溫壓電陶瓷材料已成為當務之急。bifeo3基壓電陶瓷具有優良的壓電性能與高溫穩定性，同時是綠色環保的無鉛材料體系，在高溫壓電傳感器領域具有廣闊的應用前景。由于bifeo3體系陶瓷燒結時bi3+易揮發，fe3+離子變價(fe3+→fe2+)，產生氧空位，導致室溫漏電流大，難以極化，所以這一體系陶瓷在壓電材料領域的應用較少。缺陷是bifeo3基壓電陶瓷的重要特征，也是決定壓電鐵電性能關鍵因素。缺陷與其毗鄰離子化學鍵的變異、缺陷與電疇的耦合，缺陷形成的內部電場對材料的絕緣性、壓電性能及溫度特性都有明顯的影響。同時，摻雜效應和氣氛燒結與缺陷的生成密切相關。但是這些缺陷在高溫的不穩定特性，對bifeo3基壓電陶瓷的壓電性能及高溫穩定性帶來不利影響。因此，利用缺陷的功能效應，優化缺陷結構，改善陶瓷壓電性能、溫度特性與高溫電導，是當前壓電陶瓷發展中一個新興的技術支撐。技術實現要素：本發明的目的是正對現有技術的不足，而提供一種高溫無鉛壓電陶瓷及其制備方法。這種陶瓷材料具有優良壓電性能、兼顧高溫度穩定性、退極化溫度≥500oc、環境友好型、穩定性好、壓電性能好，適合500oc以上高溫條件下使用。這種方法的優點是制備工藝簡單、成本低。實現本發明目的的技術方案是：一種高溫無鉛壓電陶瓷，組成通式為：(1-x)bi0.96la0.06feo3-xba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3+0.05bivo4；其中x表示摩爾分數，0.05<x<0.4。上述高溫無鉛壓電陶瓷的制備方法，包括如下步驟：(1)第一步以電子級bi2o3、fe2o3和la2o3為原料，按照化學計量式bi0.96la0.06feo3配料；以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于720℃保溫2小時預合成三方畸變結構的bi0.96la0.06feo3主晶相；(2)第二步以電子級ta2o5、ba2co3、cuo、na2co3和al2o3為原料，按照化學計量式ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3配料；以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于1050℃保溫2小時預合成四方畸變結構的ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3主晶相；(3)第三步以電子級bi2o3和v2o5為原料，按照化學計量式bivo4配料；以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于550℃保溫2小時預合成bivo4主晶相；(4)第四步將合成好的bi0.96la0.06feo3、ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3、bivo4粉體，按照(1-x)bi0.96la0.06feo3-xba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3+0.05bivo4化學計量式配料，其中x表示摩爾分數，0.05<x<0.4）；(5)以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，加入5%的pva造粒；在150mpa壓力下冷等靜壓成型；(6)微波燒結，850-900℃保溫20分鐘，燒結成瓷，兩面鍍銀電極；(7)極化，施加10個周期鋸齒波循環極化，極化電場5000v/mm，頻率1hz，然后施加15個周期方波循環極化，極化電場6000v/mm，頻率1hz，極化溫度100℃。這種方法通過在bifeo3的a位加入0.06的la，形成穩定的三方結構畸變過度相界組成bi0.96la0.06feo3，添加低四方畸變結構的ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3（其中a位添加復合小離子半徑(na1/2al1/2)2+，形成介觀四方結構），構建三方-四方準同形相界，并且疊加納米極性微區的介觀結構，產生帶電疇壁結構，放大壓電響應；這種方法同時添加bivo4助燒，并同時補償a位bi的揮發；再結合鋸齒波-方波高壓循環極化，誘導缺陷偶極子形成的同時，產生疇壁脫釘效應，可產生與極性相應的偶極子極化增強效應與穩定電疇效應，不但克服了高溫帶電缺陷的不利影響，還可產生正面作用，因此，可同時提高壓電性能與高溫穩定性。這種方法采用分步合成，微波燒結，燒結溫度低，保溫時間短，晶粒細小均勻，致密度高。這種陶瓷材料具有優良壓電性能、兼顧高溫度穩定性、退極化溫度≥500oc、環境友好型、穩定性好、壓電性能好，適合500oc以上高溫條件下使用。這種方法的優點是制備工藝簡單、成本低。具體實施方式下面結合具體實施例對本
發明內容作進一步的闡述，但不是對本發明的限定。實施例1：制備成分為：0.96bi0.96la0.06feo3-0.04ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3+0.05bivo4的高溫無鉛壓電陶瓷。制備方法包括如下步驟：(1)第一步以電子級bi2o3、fe2o3和la2o3為原料，按照化學計量式bi0.96la0.06feo3配料；以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于720℃保溫2小時預合成三方畸變結構的bi0.96la0.06feo3主晶相；(2)第二步以電子級ta2o5、ba2co3、cuo、na2co3和al2o3為原料，按照化學計量式ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3配料；以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于1050℃保溫2小時預合成四方畸變結構的ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3主晶相；(3)第三步以電子級bi2o3和v2o5為原料，按照化學計量式bivo4配料；以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于550℃保溫2小時預合成bivo4主晶相；(4)第四步將合成好的bi0.96la0.06feo3、ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3、bivo4粉體，按照0.96bi0.96la0.06feo3-0.04ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3+0.05bivo4化學計量式配料；(5)以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，加入5%的pva造粒；在150mpa壓力下冷等靜壓成型；(6)微波燒結，850℃保溫20分鐘，燒結成瓷，兩面鍍銀電極；(7)極化，施加10個鋸齒波循環極化，極化電場5000v/mm，頻率1hz，然后施加15個方波循環極化，極化電場6000v/mm，頻率1hz，極化溫度100℃。所得樣品放置24小時后按ire標準對制成的壓電陶瓷進行壓電性能測量。性能測量結果如下：d33(pc/n)qmkpεrtanδ(%)td(°c)tc(°c)1421650.285821.05587673。實施例2：制備成分為：0.9bi0.96la0.06feo3-0.1ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3+0.05bivo4的高溫無鉛壓電陶瓷。制備方法包括如下步驟：(1)第一步以電子級bi2o3、fe2o3和la2o3為原料，按照化學計量式bi0.96la0.06feo3配料；以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于720℃保溫2小時預合成三方畸變結構的bi0.96la0.06feo3主晶相；(2)第二步以電子級ta2o5、ba2co3、cuo、na2co3和al2o3為原料，按照化學計量式ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3配料；以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于1050℃保溫2小時預合成四方畸變結構的ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3主晶相；(3)第三步以電子級bi2o3和v2o5為原料，按照化學計量式bivo4配料；以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于550℃保溫2小時預合成bivo4主晶相；(4)第四步將合成好的bi0.96la0.06feo3、ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3、bivo4粉體，按照0.9bi0.96la0.06feo3-0.1ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3+0.05bivo4化學計量式配料；(5)以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，加入5%的pva造粒；在150mpa壓力下冷等靜壓成型；(6)微波燒結，880℃保溫20分鐘，燒結成瓷，兩面鍍銀電極；(7)極化，施加10個鋸齒波循環極化，極化電場5000v/mm，頻率1hz，然后施加15個方波循環極化，極化電場6000v/mm，頻率1hz，極化溫度100℃。所得樣品放置24小時后按ire標準對制成的壓電陶瓷進行壓電性能測量。性能測量結果如下：d33(pc/n)qmkpεrtanδ(%)td(°c)tc(°c)1721090.336251.16523638。實施例3：制備成分為：0.88bi0.96la0.06feo3-0.12ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3+0.05bivo4的高溫無鉛壓電陶瓷。制備方法包括如下步驟：(1)第一步以電子級bi2o3、fe2o3和la2o3為原料，按照化學計量式bi0.96la0.06feo3配料；以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于720℃保溫2小時預合成三方畸變結構的bi0.96la0.06feo3主晶相；(2)第二步以電子級ta2o5、ba2co3、cuo、na2co3和al2o3為原料，按照化學計量式ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3配料；以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于1050℃保溫2小時預合成四方畸變結構的ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3主晶相；(3)第三步以電子級bi2o3和v2o5為原料，按照化學計量式bivo4配料；以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于550℃保溫2小時預合成bivo4主晶相；(4)第四步將合成好的bi0.96la0.06feo3、ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3、bivo4粉體，按照0.88bi0.96la0.06feo3-0.12ba0.97(na1/2al1/2)0.03(cu1/3ta2/3)o3+0.05bivo4化學計量式配料；(5)以無水乙醇為介質球磨12小時，干燥，加入5%的pva造粒；在150mpa壓力下冷等靜壓成型；(6)微波燒結，890℃保溫20分鐘，燒結成瓷，兩面鍍銀電極；(7)極化，施加10個鋸齒波循環極化，極化電場5000v/mm，頻率1hz，然后施加15個方波循環極化，極化電場6000v/mm，頻率1hz，極化溫度100℃。所得樣品放置24小時后按ire標準對制成的壓電陶瓷進行壓電性能測量。性能測量結果如下：d33(pc/n)qmkpεrtanδ(%)td(°c)tc(°c)1791010.367111.12518597。通過以上給出的實施例，可以進一步的清楚的了解本發明的內容，但他們不是對本發明的限定。當前第1頁12