专利名称：晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种压电陶瓷的制备方法。
背景技术：
压电陶瓷以其独特的力、热、电、磁、光及声学等多功能性在许多领域有广泛的应用，例如压电、铁电、热释电、光电及光学器件等。目前，被广泛应用的是锆钛酸铅基压电陶瓷，但由于铅的毒性限制了其应用范围。无铅压电陶瓷因为具有无污染、无公害、利于环保等优点，近年来引起研究者的高度关注。钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡(NBT-KBT-BT)三元系压电陶瓷是目前研究较多的体系之一，常见于报道的制备方法均为固相合成法，烧结后、的陶瓷晶粒较大且致密度较差。
发明内容
本发明为了解决固相合成法烧结后的陶瓷晶粒较大且致密度较差的技术问题，提供了ー种晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法。晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法如下一、将硝酸铋溶解于冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，得到硝酸铋的醋酸溶液；ニ、将硝酸钠、硝酸钾溶解于水中，钾离子与钠离子摩尔比为I : 5 10，得到混合溶液；三、用こニ醇甲醚溶解钛酸四丁酷，こニ醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比为I : 1，得到钛酸四丁酯溶液；四、按照钾离子与铋离子摩尔比为I : I、钠离子与铋离子摩尔比为I : I的比例将步骤ニ得到的混合溶液加入到硝酸铋的醋酸溶液中，然后再加入钛酸四丁酯溶液，钾离子与钛酸四丁酯摩尔比为I : 2，在室温下搅拌2 5小时，形成NBT-KBT胶体；五、将こ酸钡溶解于冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，加入こニ醇甲醚，加入钛酸四丁酷，こ酸钡与钛酸四丁酯摩尔比为I : 1，在室温下搅拌2 5小时，得到浓度为O. 5mol/L的BT胶体；六、将BT胶体加入到NBT-KBT胶体中，室温下搅拌2 3小时，BT胶体与NBT-KBT胶体的摩尔比为I : 20 30，得到NBT-KBT-BT胶体；七、将NBT-KBT-BT胶体放入坩埚中，点燃胶体，得到粉末；ノV、将粉末放入烧结炉中在650°C 800°C预烧2h 3h，然后在压カ为6MPa SMPa的条件下，得到陶瓷片；九、将陶瓷片在1140°C 1160°C，保温2h 4h，得到晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷。本发明制备晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的方法可获得超细、均匀性好、纯度高的粉体；可获得致密度较高、具有晶须状的压电陶瓷。
本发明制备的陶晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷为NBT-KBT-BT纯相，且不含任何杂相，对使用本方法制备的陶瓷进行扫描电镜观察其形貌，结果表明陶瓷中含有大量晶须结构，且致密度高。
图I是实验五制备的晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的XRD图谱；图2是实验五制备的晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的扫描电镜照片。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法如下 一、将硝酸铋溶解于冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，得到硝酸铋的醋酸溶液；ニ、将硝酸钠、硝酸钾溶解于水中，钾离子与钠离子摩尔比为I : 5 10，得到混合溶液；三、用こニ醇甲醚溶解钛酸四丁酷，こニ醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比为I : 1，得到钛酸四丁酯溶液；四、按照钾离子与铋离子摩尔比为I : I、钠离子与铋离子摩尔比为I : I的比例将步骤ニ得到的混合溶液加入到硝酸铋的醋酸溶液中，然后再加入钛酸四丁酯溶液，钾离子与钛酸四丁酯摩尔比为I : 2，在室温下搅拌2 5小时，形成NBT-KBT胶体；五、将こ酸钡溶解于冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，加入こニ醇甲醚，加入钛酸四丁酷，こ酸钡与钛酸四丁酯摩尔比为I : 1，在室温下搅拌2 5小时，得到BT胶体；六、将BT胶体加入到NBT-KBT胶体中，室温下搅拌2 3小时，BT胶体与NBT-KBT胶体的摩尔比为I : 20 30，得到浓度为O. 5mol/L NBT-KBT-BT胶体；七、将NBT-KBT-BT胶体放入坩埚中，点燃胶体，得到粉末；ノV、将粉末放入烧结炉中在650°C 800°C预烧2h 3h，然后在压カ为6MPa SMPa的条件下，得到陶瓷片；九、将陶瓷片在1140°C 1160°C，保温2h 4h，得到晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷。
具体实施方式
ニ 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤ニ中钾离子与钠离子摩尔比为I : 8。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或ニ不同的是步骤四中室温下搅拌4小时。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是步骤六中BT胶体与NBT-KBT胶体的摩尔比为I : 22 28。其它与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是步骤六中BT胶体与NBT-KBT胶体的摩尔比为I : 25。其它与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是步骤八中将粉末放入烧结炉中在680°C 780°C预烧2h。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是步骤八中将粉末放入烧结炉中在700°C预烧2h。其它与具体实施方式
一至六之一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至七之一不同的是步骤八中在压カ为7MPa的条件下，得到陶瓷片。其它与具体实施方式
一至七之一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至八之一不同的是步骤九中将陶瓷片在1150°C保温。其它与具体实施方式
一至八之一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至九之一不同的是步骤九中将陶瓷片的保温时间为3h。其它与具体实施方式
一至九之一相同。采用下述实验验证本发明效果实验ー晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法如下一、将硝酸铋溶解于冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，得到硝酸铋的醋酸溶液；ニ、将硝酸钠、硝酸钾溶解于水中，钾离子与钠离子摩尔比为I : 5，得到混合溶液；三、用こニ醇甲醚溶解钛酸四丁酷，こニ醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比为I : 1，得到钛酸四丁酯溶液；四、按照钾离子与铋离子摩尔比为I : I、钠离子与铋离子摩尔比为I : I的比例将步骤ニ得到的混合溶液加入到硝酸铋的醋酸溶液中，然后再加入钛酸四丁酯溶液，钾离子与钛酸四丁酯摩尔比为I : 2，在室温下搅拌2小时，形成NBT-KBT胶体；五、将こ酸钡溶解于冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，加入こニ醇甲醚，加入钛酸四丁酷，こ酸钡与钛酸四丁酯摩尔比为I : 1，在室温下搅拌2小时，得到BT胶体；六、将BT胶体加入到NBT-KBT胶体中，室温下搅拌2小吋，BT胶体与NBT-KBT胶体的摩尔比为I 20 ，得到浓度为O. 5mol/L的NBT-KBT-BT胶体；七、将NBT-KBT-BT胶体放入坩埚中，点燃胶体，得到粉末；ノV、将粉末放入烧结炉中在650°C预烧2h 3h，然后在压カ为6MPa的条件下，得到陶瓷片；九、将陶瓷片在1140°C，保温此，得到晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷。实验ニ晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法如下一、将硝酸铋溶解于冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，得到硝酸铋的醋酸溶液；ニ、将硝酸钠、硝酸钾溶解于水中，钾离子与钠离子摩尔比为I : 6，得到混合溶液；三、用こニ醇甲醚溶解钛酸四丁酷，こニ醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比为I : 1，得到钛酸四丁酯溶液；四、按照钾离子与铋离子摩尔比为I : I、钠离子与铋离子摩尔比为I : I的比例将步骤ニ得到的混合溶液加入到硝酸铋的醋酸溶液中，然后再加入钛酸四丁酯溶液，钾离子与钛酸四丁酯摩尔比为I : 2，在室温下搅拌3小时，形成NBT-KBT胶体；五、将こ酸钡溶解于冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，加入こニ醇甲醚，加入钛酸四丁酷，こ酸钡与钛酸四丁酯摩尔比为I : 1，在室温下搅拌3小时，得到BT胶体；六、将BT胶体加入到NBT-KBT胶体中，室温下搅拌3小时，BT胶体与NBT-KBT胶体的摩尔比为I : 22得到浓度为O. 5mol/L的NBT-KBT-BT胶体；七、将NBT-KBT-BT胶体放入坩埚中，点燃胶体，得到粉末；ノV、将粉末放入烧结炉中在680°C预烧2h 3h，然后在压カ为6MPa的条件下，得 到陶瓷片；九、将陶瓷片在1140°C，保温此，得到晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷。实验三 晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法如下一、将硝酸铋溶解于冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，得到硝酸铋的醋酸溶液；ニ、将硝酸钠、硝酸钾溶解于水中，钾离子与钠离子摩尔比为I : 7，得到混合溶液；三、用こニ醇甲醚溶解钛酸四丁酷，こニ醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比为I : 1，得到钛酸四丁酯溶液；四、按照钾离子与铋离子摩尔比为I : I、钠离子与铋离子摩尔比为I : I的比例将步骤ニ得到的混合溶液加入到硝酸铋的醋酸溶液中，然后再加入钛酸四丁酯溶液，钾离子与钛酸四丁酯摩尔比为I : 2，在室温下搅拌4小时，形成NBT-KBT胶体；五、将こ酸钡溶解于冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，加入こニ醇甲醚，加入钛酸四丁酷，こ酸钡与钛酸四丁酯摩尔比为I : 1，在室温下搅拌4小时，得到BT胶体；六、将BT胶体加入到NBT-KBT胶体中，室温下搅拌2. 5小时，BT胶体与NBT-KBT胶体的摩尔比为I : 25，得到浓度为O. 5mol/L的NBT-KBT-BT胶体；七、将NBT-KBT-BT胶体放入坩埚中，点燃胶体，得到粉末；ノV、将粉末放入烧结炉中在700°C预烧2. 5h，然后在压カ为8MPa的条件下，得到陶瓷片;九、将陶瓷片在1150°C，保温3h，得到晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷。实验四晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法如下一、将硝酸铋溶解于冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，得到硝酸铋的醋酸溶液；ニ、将硝酸钠、硝酸钾溶解于水中，钾离子与钠离子摩尔比为I : 10，得到混合溶液；
三、用こニ醇甲醚溶解钛酸四丁酷，こニ醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比为I : 1，得到钛酸四丁酯溶液；四、按照钾离子与铋离子摩尔比为I : I、钠离子与铋离子摩尔比为I : I的比例将步骤ニ得到的混合溶液加入到硝酸铋的醋酸溶液中，然后再加入钛酸四丁酯溶液，钾离子与钛酸四丁酯摩尔比为I : 2，在室温下搅拌5小时，形成NBT-KBT胶体；五、将こ酸钡溶解于冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，加入こニ醇甲醚，加入钛酸四丁酷，こ酸钡与钛酸四丁酯摩尔比为I : 1，在室温下搅拌5小时，得到BT胶体；六、将BT胶体加入到NBT-KBT胶体中，室温下搅拌3小时，BT胶体与NBT-KBT胶体的摩尔比为I : 30，得到浓度为O. 5mol/L的NBT-KBT-BT胶体； 七、将NBT-KBT-BT胶体放入坩埚中，点燃胶体，得到粉末；ノV、将粉末放入烧结炉中在800°C预烧3h，然后在压カ为8MPa的条件下，得到陶瓷片;九、将陶瓷片在1160°C，保温4h，得到晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷。实验五晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法如下一、将6. 002129g硝酸铋溶解干6ml冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，得到硝酸铋的醋酸溶液；ニ、将O. 987258g硝酸钠、O. 987258g硝酸钾溶解于3ml水中，得到混合溶液；三、用こニ醇甲醚溶解O. 0245g钛酸四丁酷，こニ醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比为I : 1，得到钛酸四丁酯溶液；四、将步骤ニ得到的混合溶液加入到硝酸铋的醋酸溶液中，然后再加入钛酸四丁酷溶液，在室温下搅拌5小吋，形成NBT-KBT胶体；五、将O. 128357gこ酸钡溶解于冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，加入こニ醇甲醚，加入钛酸四丁酷，こ酸钡与钛酸四丁酯摩尔比为I : 1，在室温下搅拌5小时，得到BT胶体；六、将BT胶体加入到NBT-KBT胶体中，再加入こニ醇甲醚进行定容使胶体最终体积为50mL，室温下搅拌3小吋，BT胶体与NBT-KBT胶体的摩尔比为I : 30，得到摩尔浓度为 O. 5mol/L 的 NBT-KBT-BT 胶体；七、将NBT-KBT-BT胶体放入坩埚中，点燃胶体，得到粉末；ノV、将粉末放入烧结炉中在800°C预烧3h，然后在压カ为8MPa的条件下，得到陶瓷片;九、将陶瓷片在1160°C，保温4h，得到晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷。从图I看出实验五制备的晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷为NBT-KBT-BT纯相，且不含任何杂相。从图2看出实验五制备的晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷中含有大量晶须结构。
权利要求
1.晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法，其特征在于晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法如下 一、将硝酸铋溶解于冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，得到硝酸铋的醋酸溶液； 二、将硝酸钠、硝酸钾溶解于水中，钾离子与钠离子摩尔比为I: 5 10，得到混合溶液； 三、用乙二醇甲醚溶解钛酸四丁酯，乙二醇甲醚与钛酸四丁酯的体积比为I: 1，得到钛酸四丁酯溶液； 四、按照钾离子与铋离子摩尔比为I: I、钠离子与铋离子摩尔比为I : I的比例将步骤二得到的混合溶液加入到硝酸铋的醋酸溶液中，然后再加入钛酸四丁酯溶液，钾离子与钛酸四丁酯摩尔比为I : 2，在室温下搅拌2 5小时，形成NBT-KBT胶体； 五、将乙酸钡溶解于冰醋酸中，并在磁力搅拌器上搅拌至澄清，加入乙二醇甲醚，加入钛酸四丁酯，乙酸钡与钛酸四丁酯摩尔比为I : 1，在室温下搅拌2 5小时，得到BT胶体； 六、将BT胶体加入到NBT-KBT胶体中，室温下搅拌2 3小时，BT胶体与NBT-KBT胶体的摩尔比为I : 20 30，得到浓度为O. 5mol/L的NBT-KBT-BT胶体； 七、将NBT-KBT-BT胶体放入坩埚中，点燃胶体，得到粉末； 八、将粉末放入烧结炉中在650°C 800°C预烧2h 3h，然后在压力为6MPa 8MPa的条件下，得到陶瓷片； 九、将陶瓷片在1140°C 1160°C，保温2h 4h，得到晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷。
2.根据权利要求I所述晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法，其特征在于步骤二中钾离子与钠离子摩尔比为I : 8。
3.根据权利要求I所述晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法，其特征在于步骤四中室温下搅拌4小时。
4.根据权利要求I所述晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法，其特征在于步骤六中BT胶体与NBT-KBT胶体的摩尔比为I : 22 28。
5.根据权利要求I所述晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法，其特征在于步骤六中BT胶体与NBT-KBT胶体的摩尔比为I : 25。
6.根据权利要求I所述晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法，其特征在于步骤八中将粉末放入烧结炉中在680°C 780°C预烧2h。
7.根据权利要求I所述晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法，其特征在于步骤八中将粉末放入烧结炉中在700°C预烧2h。
8.根据权利要求I所述晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法，其特征在于步骤八中在压力为7MPa的条件下，得到陶瓷片。
9.根据权利要求I所述晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法，其特征在于步骤九中将陶瓷片在1150°C保温。
10.根据权利要求I所述晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法，其特征在于步骤九中将陶瓷片的保温时间为3h。
全文摘要
晶须状钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的制备方法，它涉及一种压电陶瓷的制备方法。本发明解决了固相合成法烧结后的陶瓷晶粒较大且致密度较差的技术问题。本方法如下一、制备NBT-KBT胶体；二、制备BT胶体；三、制备NBT-KBT-BT胶体；四、将NBT-KBT-BT胶体放入坩埚中，点燃胶体，得到粉末，五、将粉末预烧后压成陶瓷片；六、将陶瓷片在1140℃～1160℃，保温2h～4h，得到钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷。本发明制备钛酸铋钠-钛酸铋钾-钛酸钡压电陶瓷的方法可获得超细、均匀性好、纯度高的粉体；可获得致密度较高、具有晶须状的压电陶瓷。
文档编号C04B35/622GK102659416SQ20121014470
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者徐丹, 曹文萍, 李伟力, 费维栋 申请人:哈尔滨工业大学