一种高性能压电陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能压电陶瓷材料及其制备方法，所述高性能压电陶瓷材料由以下原料制备而得：四氯化钛、钒酸银、硝酸钡、谷氨酸、醋酸钪、四氯铝酸锂、硅锆酸钠、水合三醋酸铽、氧化钒铜、碲化镓、氧化磷、钽酸锂、铌酸镁、氯酸钾、柠檬酸镍、甲醇、去离子水、乙二醇。本发明专利技术提供的压电陶瓷材料具备较高的弯曲强度，断裂韧性得到大幅提升，同时其压电性能均维持在较高水平，满足行业对压电陶瓷材料的性能需求。本发明专利技术提供的压电陶瓷材料的综合性能佳，具备非常良好的应用市场前景。

High performance piezoelectric ceramic material and preparation method thereof

The invention discloses a high performance piezoelectric ceramic material and preparation method thereof, wherein the high performance piezoelectric ceramic material is prepared by the following raw materials: four titanium chloride and silver vanadium oxide, barium nitrate, glutamic acid, acetic acid, four chlorine acid lithium aluminum scandium, zirconium, silicon sodium hydrate, terbium acetate three oxidation of vanadium and copper telluride, gallium, phosphorus oxide, lithium tantalate niobate, magnesium, potassium chlorate, nickel citrate, deionized water, methanol, ethylene glycol. The piezoelectric ceramic material provided by the invention has high bending strength, the fracture toughness is greatly improved, and the piezoelectric property of the piezoelectric ceramic material is maintained at a high level. The piezoelectric ceramic material provided by the invention has the advantages of good comprehensive performance and good market prospect.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于压电陶瓷
，具体涉及一种高性能压电陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
压电材料是一种能进行能量转换的新型功能材料，它能够实现机械能与电能之间的转换，随着电子科技与信息技术的快速发展，压电材料在人们生活的各个领域越来越普遍。压电陶瓷是一类典型的电介质材料，在电场的作用下会产生极化或极化状态改变，以感应的方式传递电的作用，其广泛应用于宇航、电子、计算机、超声、激光和能源等领域。然而，随着各行业的不断发展，对压电陶瓷材料的压电性能和力学性能提出了更高的要求。压电陶瓷材料由于陶瓷材料自身的低断裂韧性，导致性能不稳定，大大降低材料的可靠性，在实际应用中受到了一定限制。对于压电陶瓷的增韧研究上，虽然通过增加第二相可以在一定程度上改善压电陶瓷的断裂韧性，但是与此同时也会降低其压电性能，因此提供一种兼具高压电性能和高力学性能的压电陶瓷材料及其制备方法具有重要的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高性能压电陶瓷材料及其制备方法，以解决以上现有技术中的至少一种技术问题。本专利技术的技术方案来如下：一种高性能压电陶瓷材料，按重量份计，由以下原料制备而得：四氯化钛34-50份、钒酸银3-9份、硝酸钡11-20份、谷氨酸5-9份、醋酸钪2-6份、四氯铝酸锂4-10份、硅锆酸钠3-9份、水合三醋酸铽5-9份、氧化钒铜4-8份、碲化镓1-6份、氧化磷4-9份、钽酸锂6-10份、铌酸镁3-8份、氯酸钾2-7份、柠檬酸镍4-10份、甲醇26-38份、去离子水15-22份、乙二醇30-43份。上述技术方案中，按重量份计，由以下原料制备而得：四氯化钛38-47份、钒酸银4-8份、硝酸钡13-18份、谷氨酸6-8份、醋酸钪2.8-5.6份、四氯铝酸锂4.5-8份、硅锆酸钠3.2-8.6份、水合三醋酸铽5.3-8.4份、氧化钒铜4.6-7.8份、碲化镓2-5.6份、氧化磷4.5-8.3份、钽酸锂6.2-9份、铌酸镁3.5-7.4份、氯酸钾2.4-6.7份、柠檬酸镍4.8-9份、甲醇32-37份、去离子水16-20份、乙二醇32-40份。上述技术方案中，按重量份计，由以下原料制备而得：四氯化钛45份、钒酸银7份、硝酸钡16份、谷氨酸6.5份、醋酸钪4.7份、四氯铝酸锂6.9份、硅锆酸钠5.2份、水合三醋酸铽7.4份、氧化钒铜5.9份、碲化镓4.3份、氧化磷7.8份、钽酸锂8.4份、铌酸镁6.2份、氯酸钾5.5份、柠檬酸镍7.8份、甲醇35份、去离子水19份、乙二醇38份。本专利技术的另一技术方案来如下：一种高性能压电陶瓷材料的制备方法，包括以下制备步骤：步骤1）将谷氨酸置于甲醇和去离子水混合溶液中，搅拌溶解，再加入四氯化钛、钒酸银、水合三醋酸铽、氧化磷加热至60-80℃搅拌混合均匀形成混合液A；步骤2）将硝酸钡、醋酸钪、钽酸锂、铌酸镁、氯酸钾、柠檬酸镍置于乙二醇中，加热至90-120℃，并搅拌混合均匀，得混合液B；步骤3）将上述混合液A和混合液B混合搅拌均匀，然后在200-350℃下反应20-48小时；步骤4）冷却至室温后过滤，在90-110℃温度下干燥，得到干燥粉；步骤5）将上述干燥粉与余下原料混合均匀，研磨后压块，在700-950℃下预烧3-6小时，得到预烧料；步骤6）将上述预烧料粉碎并研细，之后加入粘结剂成型，在600-800℃下排塑；步骤7）然后先于1060-1120℃下保温2-4小时，再于1250-1450℃下保温1-5小时，自然冷却至室温，得到陶瓷件；步骤8）将上述陶瓷件涂银电极，然后在20-50℃油浴中极化处理35-80min，即得高性能压电陶瓷材料。上述技术方案中，所述步骤1）中加热至75℃；所述步骤2）中加热至105℃。上述技术方案中，所述步骤3）中在270℃下反应35小时。上述技术方案中，所述步骤5）中在860℃下预烧5小时；所述步骤6）中粘结剂为质量比为3:1的甘油藻酸酯、聚乙烯醇的混合物。上述技术方案中，所述步骤7）中先于1100℃下保温4小时，再于1360℃下保温2小时。上述技术方案中，所述步骤8）中在40℃油浴中极化处理65min。由于采用了以上技术方案，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的压电陶瓷材料具备较高的弯曲强度，其值介于102~117MPa，断裂韧性得到大幅提升，同时其压电性能均维持在较高水平，满足行业对压电陶瓷材料的性能需求。本专利技术提供的压电陶瓷材料的综合性能佳，具备非常良好的应用市场前景。具体实施方式下面结合具体实施例，对本专利技术作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1一种高性能压电陶瓷材料，按重量份计，由以下原料制备而得：四氯化钛34份、钒酸银3份、硝酸钡11份、谷氨酸5份、醋酸钪2份、四氯铝酸锂4份、硅锆酸钠3份、水合三醋酸铽5份、氧化钒铜4份、碲化镓1份、氧化磷4份、钽酸锂6份、铌酸镁3份、氯酸钾2份、柠檬酸镍4份、甲醇26份、去离子水15份、乙二醇30份。上述高性能压电陶瓷材料的制备方法，包括以下制备步骤：步骤1）将谷氨酸置于甲醇和去离子水混合溶液中，搅拌溶解，再加入四氯化钛、钒酸银、水合三醋酸铽、氧化磷加热至60℃搅拌混合均匀形成混合液A；步骤2）将硝酸钡、醋酸钪、钽酸锂、铌酸镁、氯酸钾、柠檬酸镍置于乙二醇中，加热至90℃，并搅拌混合均匀，得混合液B；步骤3）将上述混合液A和混合液B混合搅拌均匀，然后在200℃下反应20小时；步骤4）冷却至室温后过滤，在90℃温度下干燥，得到干燥粉；步骤5）将上述干燥粉与余下原料混合均匀，研磨后压块，在700℃下预烧3小时，得到预烧料；步骤6）将上述预烧料粉碎并研细，之后加入粘结剂成型，在600℃下排塑；其粘结剂为质量比为3:1的甘油藻酸酯、聚乙烯醇的混合物；步骤7）然后先于1060℃下保温4小时，再于125℃下保温1小时，自然冷却至室温，得到陶瓷件；步骤8）将上述陶瓷件涂银电极，然后在20℃油浴中极化处理35min，即得高性能压电陶瓷材料。实施例2一种高性能压电陶瓷材料，按重量份计，由以下原料制备而得：四氯化钛50份、钒酸银9份、硝酸钡20份、谷氨酸9份、醋酸钪6份、四氯铝酸锂10份、硅锆酸钠9份、水合三醋酸铽9份、氧化钒铜8份、碲化镓6份、氧化磷9份、钽酸锂10份、铌酸镁8份、氯酸钾7份、柠檬酸镍10份、甲醇38份、去离子水22份、乙二醇43份。上述高性能压电陶瓷材料的制备方法，包括以下制备步骤：步骤1）将谷氨酸置于甲醇和去离子水混合溶液中，搅拌溶解，再加入四氯化钛、钒酸银、水合三醋酸铽、氧化磷加热至80℃搅拌混合均匀形成混合液A；步骤2）将硝酸钡、醋酸钪、钽酸锂、铌酸镁、氯酸钾、柠檬酸镍置于乙二醇中，加热至120℃，并搅拌混合均匀，得混合液B；步骤3）将上述混合液A和混合液B混合搅拌均匀，然后在350℃下反应48小时；步骤4）冷却至室温后过滤，在110℃温度下干燥，得到干燥粉；步骤5）将上述干燥粉与余下原料混合均匀，研磨后压块，在950℃下预烧3-6小时，得到预烧料；步骤6）将上述预烧料粉碎并研细，之后加入粘结剂成型，在800℃下排塑；其粘结剂为质量比为3:1的甘油藻酸酯、聚乙烯醇的混合物；步骤7）然后先于1120℃下保温2小时，再于1450℃下保温5小时，自然冷却至室温，得到陶瓷件；步骤8）本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能压电陶瓷材料，其特征在于，按重量份计，由以下原料制备而得：四氯化钛34‑50份、钒酸银3‑9份、硝酸钡11‑20份、谷氨酸5‑9份、醋酸钪2‑6份、四氯铝酸锂4‑10份、硅锆酸钠3‑9份、水合三醋酸铽5‑9份、氧化钒铜4‑8份、碲化镓1‑6份、氧化磷4‑9份、钽酸锂6‑10份、铌酸镁3‑8份、氯酸钾2‑7份、柠檬酸镍4‑10份、甲醇26‑38份、去离子水15‑22份、乙二醇30‑43份。

【技术特征摘要】
1.一种高性能压电陶瓷材料，其特征在于，按重量份计，由以下原料制备而得：四氯化钛34-50份、钒酸银3-9份、硝酸钡11-20份、谷氨酸5-9份、醋酸钪2-6份、四氯铝酸锂4-10份、硅锆酸钠3-9份、水合三醋酸铽5-9份、氧化钒铜4-8份、碲化镓1-6份、氧化磷4-9份、钽酸锂6-10份、铌酸镁3-8份、氯酸钾2-7份、柠檬酸镍4-10份、甲醇26-38份、去离子水15-22份、乙二醇30-43份。2.根据权利要求1所述的高性能压电陶瓷材料，其特征在于，按重量份计，由以下原料制备而得：四氯化钛38-47份、钒酸银4-8份、硝酸钡13-18份、谷氨酸6-8份、醋酸钪2.8-5.6份、四氯铝酸锂4.5-8份、硅锆酸钠3.2-8.6份、水合三醋酸铽5.3-8.4份、氧化钒铜4.6-7.8份、碲化镓2-5.6份、氧化磷4.5-8.3份、钽酸锂6.2-9份、铌酸镁3.5-7.4份、氯酸钾2.4-6.7份、柠檬酸镍4.8-9份、甲醇32-37份、去离子水16-20份、乙二醇32-40份。3.根据权利要求1所述的高性能压电陶瓷材料，其特征在于，按重量份计，由以下原料制备而得：四氯化钛45份、钒酸银7份、硝酸钡16份、谷氨酸6.5份、醋酸钪4.7份、四氯铝酸锂6.9份、硅锆酸钠5.2份、水合三醋酸铽7.4份、氧化钒铜5.9份、碲化镓4.3份、氧化磷7.8份、钽酸锂8.4份、铌酸镁6.2份、氯酸钾5.5份、柠檬酸镍7.8份、甲醇35份、去离子水19份、乙二醇38份。4.如权利要求1-3任一项所述的高性能压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：步骤1）将谷氨酸置于甲醇和去离子水混合溶液中，搅拌溶解，再...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子寅，金天，
申请(专利权)人：苏州艾博迈尔新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32