一种CaBi2Nb2O9陶瓷及其制备方法和应用

专利2026-02-16  5


本发明涉及陶瓷制备领域,具体涉及一种铋层状结构铁电陶瓷的制备方法。


背景技术:

1、由于压电陶瓷具有电能和机械能相互转换的能力,因此广泛应用于执行器、传感器、能量收集器等各种设备中。核反应堆和航空涡轮机等恶劣环境应用需要一类能够在600℃以上高温下工作的特殊压电陶瓷。然而,高性能钙钛矿结构压电陶瓷,包括锆钛酸铅(pzt)、钛酸钡(bt)和铌酸钾钠(knn),由于其居里温度低于500℃。另一方面,高居里温度压电陶瓷,例如铋层状结构铁电(blsf)陶瓷,具有较差的压电系数(d33)和较低的电阻率(ρ)。因此,提高高居里温度blsf陶瓷的压电响应具有强大的驱动力。

2、blsf陶瓷用分子式(bi2o2)2+(am-1bmo3m+1)2-表示,其中a表示li+、ca2+、sr2+、bi3+、la3+、ce3+等十二面体配位离子,b表示八面体配位离子,如cr3+、co3+、fe3+、mn4+、ti4+、mo5+、w6+等。cabi2nb2o9(cbn,m=2)是具有代表性的blsf是铌酸铋钙,它在blsf系列中表现出几乎最高的居里温度(约940℃)。cbn陶瓷是一种有前途的候选材料,可用作振动传感器的关键材料,cbn制备的传感元件能够在温度高于600℃时将振动转换为电信号。然而,cbn陶瓷自发极化沿a-b平面受到限制,导致d33较差且矫顽场较大。此外,传统高温烧结过程中bi2o3的挥发往往会导致大量缺陷,从而降低陶瓷的电阻率。目前广泛的研究主要集中在开发成分工程方法以调整其微观结构和电性能。例如,通过a位、b位或ab位掺杂,cbn陶瓷的d33和ρdc(600℃)分别提高到13~20pc/n和105~106ω·cm的数量级。但常规烧结需要大量的时间和较高的烧结温度,更重要的是可能会导致形成缺陷,例如空位缺陷、气孔。另外,还有研究人员还开发了织构致密化烧结方法,包括放电等离子烧结(sps)、热压烧结(hp)和反应模板晶粒生长(tgg),以制备织构压电陶瓷,该陶瓷在特定方向上表现出增强的压电响应。然而,沿织构方向较大的压电响应通常伴随着不利的高电导率。

3、因此,如何提高提高高居里温度blsf陶瓷的压电响应成为一个亟待解决的问题。


技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高d33和ρdc的铋层状结构铁电陶瓷的制备方法。

2、本发明通过如下技术方案实现:

3、一种cabi2nb2o9陶瓷,所述cabi2nb2o9陶瓷的任一截面中铁电畴的面积占截面面积的14-18%;并且所述cabi2nb2o9陶瓷中铁电畴的长度为234-596nm,厚度为41-196nm;并且所述cabi2nb2o9陶瓷的零电场振幅外推的逆压电系数6.5-6.8pm/v;并且所述cabi2nb2o9陶瓷的瑞利系数为0.15-0.18×10-17m2/v2;并且所述cabi2nb2o9陶瓷在常温下的d33为13-13.5pc/n。所述的cabi2nb2o9陶瓷的制备方法,包括如下步骤:

4、向摩尔比为1:1:1的caco3、bi2o3、nb2o5原料粉体中加入原料粉体2-3wt%的bi2o3后得到原料;

5、将原料球磨后干燥并煅烧,与粘结剂混合再次球磨后成型得到生坯;

6、生坯排胶后于935-945℃的条件下微波烧结,即得所述铋层状结构铁电陶瓷。

7、所述球磨采用的磨球包括二氧化锆球;

8、所述球磨采用的介质包括乙醇;

9、气述球磨的时间为20-30h。

10、所述干燥的温度为40-6℃;

11、所述干燥的时间为10-14h。

12、所述成型包括轴向压制的步骤。

13、所述轴向压制的压力为150mpa。

14、所述排胶的温度为600-700℃。

15、所述煅烧的温度为800-900℃;

16、所述煅烧的时间为2-3小时.。

17、所述微波烧结的保温时间为9-11min。

18、所述微波烧结采用的微波的频率为2.45ghz,功率为250~1250w。

19、所述粘结剂包括乙基纤维素、羟甲基纤维素或甲基纤维素。

20、所述的cabi2nb2o9陶瓷的应用,应用于制备振动传感器。

21、所述振动传感器的工作温度为0-700℃。

22、相对于现有技术,本发明有益效果如下:

23、本发明提供的cabi2nb2o9陶瓷由于具有更薄的畴壁和更高的畴壁密度,因此,其压电性能得到了显著增强。

24、本发明提供的cabi2nb2o9陶瓷的制备方法应用微波烧结(ms)可以显着提高cabi2nb2o9陶瓷畴壁密度,降低其畴壁的厚度。

25、本发明提供的cabi2nb2o9陶瓷可在700℃的温度下将振动转换为电信号,因此,其可用于制备在高温下工作的振动传感器。



技术特征:

1.一种cabi2nb2o9陶瓷,其特征在于:

2.如权利要求1所述的cabi2nb2o9陶瓷的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:

3.如权利要求2所述的cabi2nb2o9陶瓷的制备方法,其特征在于:

4.如权利要求2所述的cabi2nb2o9陶瓷的制备方法,其特征在于:

5.如权利要求2所述的cabi2nb2o9陶瓷的制备方法,其特征在于:

6.如权利要求5所述的cabi2nb2o9陶瓷的制备方法,其特征在于:

7.如权利要求2所述的cabi2nb2o9陶瓷的制备方法,其特征在于:

8.如权利要求2所述的cabi2nb2o9陶瓷的制备方法,其特征在于:

9.如权利要求1所述的cabi2nb2o9陶瓷的应用,其特征在于:

10.如权利要求9所述的cabi2nb2o9陶瓷的应用,其特征在于:


技术总结
本发明提供了一种CaBi<subgt;2</subgt;Nb<subgt;2</subgt;O<subgt;9</subgt;陶瓷,所述CaBi<subgt;2</subgt;Nb<subgt;2</subgt;O<subgt;9</subgt;陶瓷的任一截面中铁电畴的面积占截面面积的14‑18%;并且所述CaBi<subgt;2</subgt;Nb<subgt;2</subgt;O<subgt;9</subgt;陶瓷中铁电畴的长度为234‑596nm,厚度为41‑196nm;并且所述CaBi<subgt;2</subgt;Nb<subgt;2</subgt;O<subgt;9</subgt;陶瓷的零电场振幅外推的逆压电系数6.5‑6.8pm/V;并且所述CaBi<subgt;2</subgt;Nb<subgt;2</subgt;O<subgt;9</subgt;陶瓷的瑞利系数为0.15‑0.18×10<supgt;‑17</supgt;m<supgt;2</supgt;/V<supgt;2</supgt;;并且所述CaBi<subgt;2</subgt;Nb<subgt;2</subgt;O<subgt;9</subgt;陶瓷在常温下的d<subgt;33</subgt;为13‑13.5pC/N。本发明还公开了所述CaBi<subgt;2</subgt;Nb<subgt;2</subgt;O<subgt;9</subgt;陶瓷的制备方法和应用。

技术研发人员:杨斌,张层
受保护的技术使用者:湖南大学
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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