三元系PSN-PZT压电陶瓷片及其制备方法技术

技术编号:18439113 阅读:238 留言:0更新日期:2018-07-14 04:49
本发明专利技术公开了一种三元系PSN‑PZT压电陶瓷片及其制备方法。该三元系PSN‑PZT压电陶瓷片的配方化学计量通式为:Pb1‑x‑yMxZy(Sb1/3Nb2/3)0.02(Zr1/2Ti1/2)0.98+zwt%Bi2O3,x=0~0.17、y=0~0.1、z=0~0.4,M、Z为SrCO3、BaCO3或CaCO3中的至少两种。其制备方法是:将各原料球磨后烘干、粉碎、过筛,预烧后再球磨,然后再烘干、粉碎、过筛,与聚乙烯醇混合、造粒、压制成坯件,350~630℃排胶后再1200~1280℃、烧制成陶瓷片,陶瓷片表面被银、烧银、极化处理。采用本发明专利技术方法、并按本发明专利技术配方化学计量通式所提供的原料所制备得到的三元系PSN‑PZT压电陶瓷片,具有介电常数和压电常数高、机电耦合系数大、居里温度合适等优点;适用于制备压电泵驱动晶片和压电执行器晶片。属于压电陶瓷片及其制备方法。

Three element PSN-PZT piezoelectric ceramic plate and its preparation method

The invention discloses a three component PSN PZT piezoelectric ceramic chip and a preparation method thereof. The formula for the formula of the three element PSN PZT piezoelectric ceramic is: Pb1 x yMxZy (Sb1/3Nb2/3) 0.02 (Zr1/2Ti1/2) 0.98+zwt%Bi2O3, x=0 to 0.17, y=0 to 0.1, z=0 to 0.4, and at least two of M. The preparation method is: drying, crushing and sieving each material after ball milling, then drying, grinding and sieving, then mixing, granulation and pressing the billet with polyvinyl alcohol, 1200~1280 C after 350~630 DEG C and then fired into ceramic slices, and the surface of the ceramic sheet is treated with silver, silver and polarization. The three element PSN PZT piezoelectric ceramic plate prepared by the method and the raw material provided by the formula of the formula of the invention has the advantages of high dielectric constant, high piezoelectric constant, large electromechanical coupling coefficient and suitable Curie temperature, and is suitable for the preparation of a piezoelectric pump drive chip and a piezoelectric actuator chip. A piezoelectric ceramic sheet and a preparation method thereof.

【技术实现步骤摘要】
三元系PSN-PZT压电陶瓷片及其制备方法
本专利技术涉及一种压电陶瓷片、以及制备该压电陶瓷片的方法,尤其涉及一种三元系PSN-PZT压电陶瓷片及其制备方法。
技术介绍
自从居里兄弟首次发现压电效应,经过一百多年的不断革新与发展,压电陶瓷材料已被广泛应用于航空航天、车用电子、无线通信、传感技术和宽带互联网等领域,并在军事装备中占据着重要的地位。PZT压电陶瓷材料与BaTiO3压电陶瓷相比,由于具有较高的介电常数、压电常数与机电耦合系数,因而得到了广泛的应用。随着电子工业的不断发展,对压电陶瓷材料的介电性能、压电性能等参数提出了越来越高的要求,传统的二元系PZT陶瓷已不能满足更高的市场需要。因此,学者们对三元系与四元系的压电陶瓷进行了广泛的研究与探索,以满足市场对高介电、高压电材料性能的需求。目前,国内学者对三元系压电材料等进行了研究,如:Pb1-y-zSryBaz(Mg1/3Nb2/3)xTimZrnO3+pwt.%La2O3Pb1-mSrm(Mg1/3Nb2/3)xTiyZrzO3+awt.%NiO+bwt.%SiO2+cwt.%La2O3+dwt.%Sm2O30.41[xPb(Mg1/2W1/2)O3+yPb(Sb1/2Nb1/2)O3+(1-x-y)Pb(Ni1/3Nb2/3)O3]+0.59Pb(ZrzTi1-z)O3但其压电应变常数d33最高也只达到了850pC/N。而压电器件向小型化、轻量化、高保真、大功率、智能化和多功能方向发展,对压电陶瓷介电常数和压电常数提出了越来越高的要求,因此开发具有更高压电常数的材料迫在眉睫。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述缺陷,本专利技术旨在提供一种三元系PSN-PZT压电陶瓷片;通过配方中各物质的相互配合,有效提高该三元系PSN-PZT压电陶瓷片的介电常数和压电常数。本专利技术的另一个目的在于提供一种制备该三元系PSN-PZT压电陶瓷片的方法,该方法操作简单、稳定,产率高。用该方法制备的三元系PSN-PZT压电陶瓷片,具有高介电常数和压电常数。为了实现上述目的,本专利技术所提供的三元系PSN-PZT压电陶瓷片的配方化学计量通式为:Pb1-x-yMxZy(Sb1/3Nb2/3)0.02(Zr1/2Ti1/2)0.98+zwt%Bi2O3,其中,x=0~0.17、y=0~0.1、z=0~0.4,M、Z为SrCO3、BaCO3或CaCO3中的至少两种。本专利技术所提供的三元系PSN-PZT压电陶瓷片进一步的技术方案为:所述配方化学计量通式中的0<x≤0.15、0<y≤0.1、0<z≤0.4。本专利技术所提供的三元系PSN-PZT压电陶瓷片优选技术方案为:所述配方化学计量通式中的0.07<x<0.14,0<y<0.08,0<z≤0.35。本专利技术所提供的制备上述三元系PSN-PZT压电陶瓷片的方法如下:1)将所述配方化学计量通式中的原料与去离子水混合、球磨4h,得到第一浆料;球磨机转速为480r/min;2)将所述第一浆料于110~130℃下烘干,粉碎、过40~60目筛,得第一筛下物;3)将所述第一筛下物置于炉内,按2.5℃/min的速率升温至950~1150℃、保温2~4h,冷却,得预烧物料;4)将所述预烧物料与去离子水混合、再次球磨4h,得到第二浆料;球磨机转速为480r/min;5)将所述第二浆料于110~130℃下烘干,粉碎、过40~60目筛,得第二筛下物;6)将所述第二筛下物与聚乙烯醇混合、造粒,压制成坯件;聚乙烯醇的添加量为第二筛下物的3~7wt%;7)将所述坯件置于炉内,按0.5~1.5℃/min的速率升温至350~630℃、保温排胶240~480min;8)将排胶后的坯件置于炉内,按2.3~2.8℃/min的速率升温至1200~1280℃、保温2~4h,随炉冷却,得陶瓷片;9)在所述陶瓷片的表面涂覆银电极浆料,然后790~850℃烧银固化;10)将经过被电极处理的陶瓷片置于20~60℃的硅油中,在1.5~2.5KV/㎜电场强度下极化23~30min。本专利技术制备方法进一步的技术方案为:步骤1)中,磨球、所述原料、去离子水的重量配比为2.2~4.4:1:1。本专利技术制备方法的优选技术方案为:步骤4)中,磨球、所述原料、去离子水的重量配比为3:1:1。本专利技术制备方法进一步的优选技术方案为:步骤7)中的排胶温度为450℃。本专利技术制备方法更进一步的优选技术方案为:步骤8)中的升温速率为2.5℃/min。本专利技术制备方法更进一步的优选技术方案为:步骤9)中的烧银温度为800℃。本本专利技术制备方法再进一步的优选技术方案为:步骤10)中的步骤10)中的硅油温度为25℃、电场强度为2~2.3KV/㎜、极化时间为30min。与现有技术比较,本专利技术由于采用了上述技术方案,通过对A位和B位进行大比例掺杂,得到了三元系PSN-PZT压电陶瓷;有效提高了介电常数(6000~7000)和压电常数(850~1000pC/N),同时保持较高的机电耦合系数(70~80%)和合适的居里温度(140~200℃)。本专利技术制备方法操作简单、稳定,产率高,适于工业化推广应用。附图说明图1是本专利技术提供的配方化学计量通式为:Pb87M0.13Z0.05(Sb1/3Nb2/3)0.02(Zr1/2Ti1/2)0.98+zwt%Bi2O3,z=0.15、0.2、0.25、0.3的三元系PSN-PZT压电陶瓷片的电性能测试图;图2是本专利技术提供的配方化学计量通式为:Pb87M0.13Z0.05(Sb1/3Nb2/3)0.02(Zr1/2Ti1/2)0.98+zwt%Bi2O3,z=0.15、0.2、0.25、0.3的三元系PSN-PZT压电陶瓷片的扫描电子显微镜(SEM)照片;图3是本专利技术提供的配方化学计量通式为:Pb87M0.13Z0.05(Sb1/3Nb2/3)0.02(Zr1/2Ti1/2)0.98+zwt%Bi2O3,z=0.15、0.2、0.25、0.3的三元系PSN-PZT压电陶瓷片的XRD图谱。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术作进一步说明。产品实施例三元系PSN-PZT压电陶瓷片配方化学计量通式为:Pb1-x-yMxZy(Sb1/3Nb2/3)0.02(Zr1/2Ti1/2)0.98+zwt%Bi2O3;其中,x=0~0.17、y=0~0.1、z=0~0.4,M、Z为SrCO3、BaCO3或CaCO3中的至少两种;通过M、Z对A位进行部分取代,并对A位和B位进行大比例掺杂,有效提高该三元系PSN-PZT压电陶瓷片的介电常数和压电常数。当M、Z为SrCO3、BaCO3或CaCO3中的两种及两种以上时,对于具体两种物质的添加量的比值不做具体限定。在上述实施例的基础上,优选0.0<x≤0.15,0.0<y≤0.1,0.0<z≤0.4。在上述实施例的基础上,进一步优选0.07<x<0.14,0.0<y<0.08,0.0<z≤0.35。制备方法实施例实施例1,制备配方化学计量通式为Pb1-x-yMxZy(Sb1/3Nb2/3)0.02(Zr1/2Ti1/2)0.98+zwt%Bi2O3的三元系PSN-PZT压电陶瓷片;其中,x=0.1、y=0.08、z=0.3,M、Z为SrCO3、BaCO3或CaCO3中的至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三元系PSN‑PZT压电陶瓷片,其特征在于配方化学计量通式为:Pb1‑x‑yMxZy(Sb1/3Nb2/3)0.02(Zr1/2Ti1/2)0.98+zwt%Bi2O3,其中,x=0~0.17、y=0~0.1、z=0~0.4,M、Z为SrCO3、BaCO3或CaCO3中的至少两种。

【技术特征摘要】
1.一种三元系PSN-PZT压电陶瓷片,其特征在于配方化学计量通式为:Pb1-x-yMxZy(Sb1/3Nb2/3)0.02(Zr1/2Ti1/2)0.98+zwt%Bi2O3,其中,x=0~0.17、y=0~0.1、z=0~0.4,M、Z为SrCO3、BaCO3或CaCO3中的至少两种。2.根据权利要求1所述的三元系PSN-PZT压电陶瓷片,其特征在于:所述配方化学计量通式中的0<x≤0.15、0<y≤0.1、0<z≤0.4。3.根据权利要求1所述的三元系PSN-PZT压电陶瓷片,其特征在于:所述配方化学计量通式中的0.07<x<0.14,0<y<0.08,0<z≤0.35。4.一种制备权利要求1~3中任意一项所述的三元系PSN-PZT压电陶瓷片的方法,其特征在于其制备方法如下:1)将所述配方化学计量通式中的原料与去离子水混合、球磨4h,得到第一浆料;球磨机转速为480r/min;2)将所述第一浆料于110~130℃下烘干,粉碎、过40~60目筛,得第一筛下物;3)将所述第一筛下物置于炉内,按2.5℃/min的速率升温至950~1150℃、保温2~4h,冷却,得预烧物料;4)将所述预烧物料与去离子水混合、再次球磨4h,得到第二浆料;球磨机转速为480r/min;5)将所述第二浆料于110~130℃下烘干,粉碎、过4...

【专利技术属性】
技术研发人员:戴昭波刘长流张珍宣张玉芬陈键高智红
申请(专利权)人:贵州振华红云电子有限公司贵州振华电子信息产业技术研究有限公司
类型:发明
国别省市:贵州,52

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