压电陶瓷材料、压电陶瓷烧结体及其压电陶瓷器件制造技术

本发明专利技术提供了一种压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料含有用化学通式:Pb(Zn1/3Nb2/3)1‑a‑bZraTibO3+cwt.％Sm2O3+dwt.％Li2CO3，且满足如下关系的主要组分：0.2≤a≤0.6,0.3≤b≤0.7,0.2≤c≤0.6,0.2≤d≤0.6。本发明专利技术大幅降低了烧结温度，减少了PbO挥发对环境的危害，并使产品可以采用纯银电极，降低了大量材料成本。

Piezoelectric ceramic material, piezoelectric ceramic sintered body and piezoelectric ceramic device

The invention provides a piezoelectric ceramic material, the piezoelectric ceramic material containing useful chemical formula: Pb (Zn1/3Nb2/3) a bZraTibO3+cwt.%Sm2O3+dwt.%Li2CO3 1, and meet the main group of relations as follows: 0.2 = a = 0.6,0.3 = b = 0.7,0.2 = C = 0.6,0.2 = D = 0.6. The invention greatly reduces the sintering temperature, reduces the harm to the environment caused by the volatilization of PbO, and enables the product to use the silver electrode, thereby reducing the material cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压电陶瓷材料、压电陶瓷烧结体及其压电陶瓷器件。
技术介绍
目前采用向PZT中加入Pb(Nb0.5Sb0.5)O3中加入第三组元并调节锆钛比来达到调整性能的目的，尽管加入了一定量的低温助剂，但陶瓷粉料仍然需要在较高温度(＞1100℃)烧结。现有结构或者方法的失陷:需要较高的烧结温度(1100-1200℃)，在烧结过程中有大量的PbO挥发，会影响身体健康并污染环境；PbO的大量挥发会导致成分发生偏离，影响性能稳定性；另外，较高的烧结温度使得产品生产过程中必须使用含钯的银浆以避免烧结过程中电极挥发，成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种压电陶瓷材料、压电陶瓷烧结体及其压电陶瓷器件。本专利技术的技术方案如下：一种压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料含有用化学通式:Pb(Zn1/3Nb2/3)1-a-bZraTibO3+cwt.％Sm2O3+dwt.％Li2CO3表示且满足如下关系的主要组分：0.2≤a≤0.6,0.3≤b≤0.7,0.2≤c≤0.6,0.2≤d≤0.6。提供一种压电陶瓷烧结体，所述压电陶瓷烧结体是通过烧制如上述所述的压电陶瓷材料而得到的烧结体。提供一种压电陶瓷烧结体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：配料：按Pb(Zn1/3Nb2/3)1-a-bZraTibO3+cwt.％Sm2O3+dwt.％Li2CO3化学式配比提供压电陶瓷材料的各组分并将所述组分制成粉末，其中0.2≤a≤0.6,0.3≤b≤0.7,0.2≤c≤0.6,0.2≤d≤0.6；混料：将上述配置好的粉末加1：1质量的蒸馏水混合10小时后烘干；煅烧：将上述烘干后的产物在750-850℃的环境中煅烧4小时以合成得到煅烧产物；细磨：在上述煅烧产物中加入低温助剂后进行细磨并烘干；制备浆料：向上述混合物中加入粘结剂、增塑剂、分散剂以及溶剂并混合以形成陶瓷浆料；成型：将上述浆料除泡后流延形成陶瓷薄膜；叠层：将陶瓷薄膜叠层形成多层产品；排胶：将叠层后的产品置于排胶炉中在400-700℃的环境中脱去有机物；烧结：在900-1000℃环境中保温3小时烧结得到陶瓷烧结体。优选的，在配料步骤中，所述组分通过原料选择或球磨混合的方式制成粉末,所述粉末的颗粒度中位数控制在2μm以下。优选的，在细磨步骤中，细磨后的混合物的粒度分布在中位数1μm以下。提供一种压电陶瓷器件，所述压电陶瓷器件通过电极极化如上述所述的压电陶瓷烧结体形成的。优选的，所述压电陶瓷器件在空气中以2-3kv/mm电场中极化5秒得到。本专利技术的有益效果在于：改变加入Pb(Zr,Ti)O3中第三组元的种类，调整陶瓷性能使其满足产品需求；通过加入低温烧结助剂Sm2O3和Li2CO3降低烧结温度至银熔点(961℃)以下。大幅降低了烧结温度，减少了PbO挥发对环境的危害，并使产品可以采用纯银电极，降低了大量材料成本。【附图说明】图1为本专利技术优选实施例中煅烧后陶瓷粉料的X射线衍射图谱；图2为本专利技术优选实施例中在950℃环境下烧结得到的陶瓷断面显微形貌图；图3为本专利技术的压电陶瓷材料与现有材料的性能对比图；图4为本专利技术在不同烧结温度下的陶瓷性能对比图。【具体实施方式】下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术提供本专利技术提供了一种压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料含有用化学通式:Pb(Zn1/3Nb2/3)1-a-bZraTibO3+cwt.％Sm2O3+dwt.％Li2CO3表示且满足如下关系的主要组分：0.2≤a≤0.6,0.3≤b≤0.7,0.2≤c≤0.6,0.2≤d≤0.6。本专利技术同时提供一种采用上述压电陶瓷材料加工形成压电陶瓷烧结体的制备方法，其通过控制原料和预烧后粉末的粒度，使用流延成型法制备所需压电陶瓷烧结体，然后在空气中以2-3kv/mm电场中极化5秒得到所需要的压电陶瓷器件，具体包括如下步骤：配料：按Pb(Zn1/3Nb2/3)1-a-bZraTibO3+cwt.％Sm2O3+dwt.％Li2CO3化学式配比提供压电陶瓷材料的各组分并将所述组分制成粉末，其中0.2≤a≤0.6,0.3≤b≤0.7,0.2≤c≤0.6,0.2≤d≤0.6；粉末的粒度分布中位数均应小于2μm。混料：将上述配置好的粉末加1：1质量的蒸馏水混合10小时后烘干。煅烧：将上述烘干后的产物在750-850℃的环境中煅烧4小时以合成得到煅烧产物。图1为煅烧后陶瓷粉料的X射线衍射图谱。细磨：在上述煅烧产物中加入低温助剂后进行细磨并烘干。制备浆料：向上述混合物中加入粘结剂、增塑剂、分散剂以及溶剂并混合以形成陶瓷浆料；加入的粘接剂、增塑剂、分散剂以及溶剂如下表：表1成型：将上述浆料除泡后流延形成陶瓷薄膜。叠层：将陶瓷薄膜叠层形成多层产品。成型陶瓷薄膜的方法主要有四种；轧膜成型、流延成型、干压成型和静水压成型。轧膜成型适用于薄片元件；流延成型适合于更薄的元件，膜厚可以小于10μm；干压成型适合于块状元件；静水压成型适合于异形或块状元件。除了静水压成型外，其他成型方法都需要有粘合剂，粘合剂一般占原料重量的3％左右。成型以后需要排胶。粘合剂的作用只是利于成型，但它是一种还原性强的物质，成型后应将其排出以免影响烧结质量。排胶：将叠层后的产品置于排胶炉中在400-700℃的环境中脱去有机物。烧结：在900-1000℃环境中保温3小时烧结得到陶瓷烧结体。作为本专利技术的一种具体实施方式，表2为在930℃环境下烧结得到的陶瓷烧结体的性能：表2图2为通过上述制备方法制成的实施例配方的压电陶瓷在930℃环境下烧结得到的陶瓷断面的显微形貌图。图3为本专利技术的压电陶瓷材料与现有压电陶瓷材料的性能对比图。图4为不同烧结温度得到的陶瓷烧结件的性能对比图。本专利技术还提供了一种压电陶瓷器件，所述压电陶瓷器件通过电极极化如上所述的压电陶瓷烧结体形成的。该压电陶瓷器件在空气中以2-3kv/mm电场中极化5秒得到。改变加入Pb(Zr,Ti)O3中第三组元的种类，调整陶瓷性能使其满足产品需求；通过加入低温烧结助剂Sm2O3和Li2CO3降低烧结温度至银熔点(961℃)以下。大幅降低了烧结温度，减少了PbO挥发对环境的危害，并使产品可以采用纯银电极，降低了大量材料成本。以上所述的仅是本专利技术的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电陶瓷材料，其特征在于，所述压电陶瓷材料含有用化学通式:Pb(Zn1/3Nb2/3)1‑a‑bZraTibO3+cwt.％Sm2O3+dwt.％Li2CO3表示且满足如下关系的主要组分：0.2≤a≤0.6,0.3≤b≤0.7,0.2≤c≤0.6,0.2≤d≤0.6。

【技术特征摘要】
1.一种压电陶瓷材料，其特征在于，所述压电陶瓷材料含有用化学通式:Pb(Zn1/3Nb2/3)1-a-bZraTibO3+cwt.％Sm2O3+dwt.％Li2CO3表示且满足如下关系的主要组分：0.2≤a≤0.6,0.3≤b≤0.7,0.2≤c≤0.6,0.2≤d≤0.6。2.一种压电陶瓷烧结体，其特征在于，所述压电陶瓷烧结体是通过烧制如权利要求1所述的压电陶瓷材料而得到的烧结体。3.一种压电陶瓷烧结体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：配料：按Pb(Zn1/3Nb2/3)1-a-bZraTibO3+cwt.％Sm2O3+dwt.％Li2CO3化学式配比提供压电陶瓷材料的各组分并将所述组分制成粉末，其中0.2≤a≤0.6,0.3≤b≤0.7,0.2≤c≤0.6,0.2≤d≤0.6；混料：将上述配置好的粉末加1：1质量的蒸馏水混合10小时后烘干；煅烧：将上述烘干后的产物在750-850℃的环境中煅烧4小...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈吉，
申请(专利权)人：瑞声精密制造科技常州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32