一种无铅压电陶瓷及其制备方法技术

一种无铅压电陶瓷及其制备方法，其主要涉及压电陶瓷领域。该无铅压电陶瓷压电性能好，在‑20～80℃范围内谐振频率稳定，具有较低的频率温度系数，可用于对谐振频率稳定性要求高的场合，并且不含铅，属于环保材料；上述制备方法中在进行低温烧结粉体的制备时，首先分别合成基体陶瓷粉体和低温烧结助剂，通过球磨的条件来控制粒径，然后将它们混合进行热处理，球磨，获得低温烧结粉体，上述方法工艺稳定、成本低，不会因为密度和分散性能不同导致两种粉体在悬浮液中分层，可用于流延工艺制备多层结构陶瓷，有利于批量化生产。因此，上述的无铅压电陶瓷及其制备方法具有重要的推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种无铅压电陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及压电陶瓷领域，具体而言，涉及一种无铅压电陶瓷及其制备方法。
技术介绍
压电陶瓷是一类能够实现机械能与电能相互转换的功能材料，在驱动器和传感器等诸多领域都有着广泛的应用，在某些应用场合，要求压电器件的谐振频率尽量不随温度的变化而发生改变，即要求频率温度系数尽可能小。例如压电陀螺仪的工作频率是在它的谐振频率附近，在制造过程中已经对它的谐振频率进行了精确调整，但是在实际使用过程中，有可能随着环境温度的变化，谐振频率发生明显变化，则压电陀螺仪将不能正常工作。另外，现有的压电陶瓷制备方法还存在着工艺复杂、成本高的缺点，并且其制备出来的压电陶瓷环保性差、性能不可靠，这些均使得压电陶瓷的应用受到了一定限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无铅压电陶瓷，其具有低的频率温度系数和优异的压电性能。本专利技术的另一目的在于提供一种无铅压电陶瓷的制备方法，其实现了无铅压电陶瓷的低温烧结工艺，且制备出的上述无铅压电陶瓷具有成本低、频率温度系数低、性能可靠等优点。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。本专利技术提出一种无铅压电陶瓷的制备方法，其包括：制备基体陶瓷粉体：以碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二铌、氧化锑、氧化锡为原料按照化学式(Na1-x-y-zKxLiyCaz)(Nb1-u-zSbuSnz)O3进行第一次预处理，得到第一混合粉末，其中，化学式中x＝0.40～0.50，y＝0.02～0.10，z＝0.02～0.8，u＝0.02～0.10；对第一混合粉末依次进行第一次煅烧和第一次后处理；制备低温烧结助剂：按照化学式Ba(Cu1/2W1/2)O3，以碳酸钡、氧化铜、氧化钨为原料进行第二次预处理，得到第二混合粉末；对第二混合粉末进行第二次煅烧后，与CuO粉末混合，并进行第二次后处理；低温烧结粉体的合成：将基体陶瓷粉体和低温烧结助剂进行第三次预处理，得到第三混合粉末，其中，低温烧结助剂占第三混合粉末总质量的0.5％-2.0％；对第三混合粉末依次进行第三次煅烧和第三次后处理；陶瓷成型烧结：将低温烧结粉体与有机黏结剂、增塑剂、有机溶剂以及分散剂进行第四次预处理，制得流延浆料；对流延浆料依次进行流延、叠层、等静压、冲片，制成陶瓷生坯；对陶瓷生坯依次进行高温处理、烧结和电极印刷处理。本专利技术提出一种无铅压电陶瓷，其是根据上述的无铅压电陶瓷的制备方法制得。本专利技术实施例的无铅压电陶瓷及其制备方法的有益效果是：本专利技术实施例提供的无铅压电陶瓷的制备方法具有工艺稳定、生产成本低、效率高的优点，其制备出来的低温烧结粉体形貌规则，尺寸均一，有利于其规模化生产，其制备出来的无铅压电陶瓷烧结温度低、致密度高、环保性好，且具有较小的频率温度常数。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的无铅压电陶瓷的制备方法的基本流程图；图2为本专利技术试验例中无铅压电陶瓷的断面扫描电镜图；图3为本专利技术试验例中低温烧结粉体的扫描电镜图；图4为本专利技术试验例中实施例8的无铅压电陶瓷样品的谐振频率与温度变化关系。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的无铅压电陶瓷及其制备方法进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种无铅压电陶瓷的制备方法，请参照图1，包括以下步骤：S1、制备基体陶瓷粉体。具体地，以碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二铌、氧化锑、氧化锡为原料按照化学式(Na1-x-y-zKxLiyCaz)(Nb1-u-zSbuSnz)O3进行第一次预处理，得到第一混合粉末，其中，化学式中x＝0.40～0.50，y＝0.02～0.10，z＝0.02～0.8，u＝0.02～0.10，然后，对第一混合粉末依次进行第一次煅烧和第一次后处理。进一步地，在本专利技术最佳的实施例中，第一次预处理过程依次包括对各种原料的称量、混合、研磨和干燥，且经过第一次预处理后得到的第一混合粉末的平均粒径控制在5μm以下。需要说明的是，将第一混合粉末经过研磨干燥后控制其粒径在5μm以下，主要是为后续的第一次煅烧提供条件，使得煅烧过程中第一混合粉末能够受热更加的均匀，保证其最终煅烧的效果。进一步地，本专利技术最佳的实施例当中，为了保证其煅烧后基体陶瓷粉体能够满足低温烧结粉体合成的要求，本实施例将第一次煅烧的煅烧温度限定为750-900℃，并且在煅烧后还依次进行了研磨和干燥，最终使得到的基体陶瓷粉体的平均粒径控制在0.8-2μm的范围内。S2、制备低温烧结助剂。具体地，按照化学式Ba(Cu1/2W1/2)O3，以碳酸钡、氧化铜、氧化钨为原料进行第二次预处理，得到第二混合粉末，然后再对第二混合粉末进行第二次煅烧，煅烧后与CuO粉末混合，并进行第二次后处理。需要说明的是，第二次预处理与第一次预处理过程基本类似，也依次包括对各种原料进行称量、混合、研磨和干燥。进一步地，为了使得第二次煅烧后最终得到的低温烧结助剂达到下一步低温烧结粉体的合成条件要求，本专利技术实施例限定第二次煅烧的煅烧温度为700-900℃，并将经过第二次煅烧后的粉末与CuO粉末按照1：2-2：1的混合质量比进行混合，另外，还对经过混合后的粉料依次进行研磨和干燥，使得最终得到的低温烧结助剂平均粒径在0.3μm以下。S3、低温烧结粉体的合成。具体地，将基体陶瓷粉体和低温烧结助剂进行第三次预处理，得到第三混合粉末，再对第三混合粉末依次进行第三次煅烧和第三次后处理。需要说明的是，低温烧结粉体的合成过程中，需要控制低温烧结助剂占第三混合粉末总质量的0.5％-2.0％，以此保证低温烧结粉体的质量，使其在陶瓷成型后表现出预期的有益效果。进一步地，本专利技术实施例中，第三次预处理依次包括称量、混合、搅拌和干燥，通过第三次预处理，为后续的第三次煅烧提供条件。需要说明的是，由于第三次煅烧对于合成低温烧结粉体最终的性能表现至关重要，其很大程度上决定了最终烧结成型后的陶瓷性质，因此，本专利技术实施例限定第三次煅烧的煅烧温度为800-900℃，时间保持在10-60min，并且最终对煅烧后的粉体进行进一步研磨。S4、陶瓷成型烧结。具体地，将低温烧结粉体与有机黏结剂、增塑剂、有机溶剂以及分散剂进行第四次预处理，制得流延浆料，然后对流延浆料依次进行流延、叠层、等静压、冲片，制成陶瓷生坯，最后对陶瓷生坯依次进行高温处理、烧结和电极印刷处理。需要说明的是，本专利技术实施例中，有机黏结剂选用聚乙烯醇缩丁醛，增塑剂选用邻苯二甲酸二丁酯，有机溶剂选用无水乙醇与甲苯的混合物。进一步地，第四次预处理依次包括混合搅拌、消泡和过滤，经过过滤后得到流延浆料，然后再将流延浆料在流延机上流延，制成一定厚度的膜片，膜片的厚度可控制在10-300μm，继而再将膜片按照需要叠层得到所需要的厚度，例如厚度可控制在0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，其包括：制备基体陶瓷粉体：以碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二铌、氧化锑、氧化锡为原料按照化学式(Na1‑x‑y‑zKxLiyCaz)(Nb1‑u‑zSbuSnz)O3进行第一次预处理，得到第一混合粉末，其中，所述化学式中x＝0.40～0.50，y＝0.02～0.10，z＝0.02～0.8，u＝0.02～0.10；对所述第一混合粉末依次进行第一次煅烧和第一次后处理；制备低温烧结助剂：按照化学式Ba(Cu1/2W1/2)O3，以碳酸钡、氧化铜、氧化钨为原料进行第二次预处理，得到第二混合粉末；对所述第二混合粉末进行第二次煅烧后，与CuO粉末混合，并进行第二次后处理；低温烧结粉体的合成：将所述基体陶瓷粉体和所述低温烧结助剂进行第三次预处理，得到第三混合粉末，其中，所述低温烧结助剂占所述第三混合粉末总质量的0.5％‑2.0％；对所述第三混合粉末依次进行第三次煅烧和第三次后处理；陶瓷成型烧结：将所述低温烧结粉体与有机黏结剂、增塑剂、有机溶剂以及分散剂进行第四次预处理，制得流延浆料；对所述流延浆料依次进行流延、叠层、等静压、冲片，制成陶瓷生坯；对所述陶瓷生坯依次进行高温处理、烧结和电极印刷处理。...

【技术特征摘要】
1.一种无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，其包括：制备基体陶瓷粉体：以碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸钙、五氧化二铌、氧化锑、氧化锡为原料按照化学式(Na1-x-y-zKxLiyCaz)(Nb1-u-zSbuSnz)O3进行第一次预处理，得到第一混合粉末，其中，所述化学式中x＝0.40～0.50，y＝0.02～0.10，z＝0.02～0.8，u＝0.02～0.10；对所述第一混合粉末依次进行第一次煅烧和第一次后处理；制备低温烧结助剂：按照化学式Ba(Cu1/2W1/2)O3，以碳酸钡、氧化铜、氧化钨为原料进行第二次预处理，得到第二混合粉末；对所述第二混合粉末进行第二次煅烧后，与CuO粉末混合，并进行第二次后处理；低温烧结粉体的合成：将所述基体陶瓷粉体和所述低温烧结助剂进行第三次预处理，得到第三混合粉末，其中，所述低温烧结助剂占所述第三混合粉末总质量的0.5％-2.0％；对所述第三混合粉末依次进行第三次煅烧和第三次后处理；陶瓷成型烧结：将所述低温烧结粉体与有机黏结剂、增塑剂、有机溶剂以及分散剂进行第四次预处理，制得流延浆料；对所述流延浆料依次进行流延、叠层、等静压、冲片，制成陶瓷生坯；对所述陶瓷生坯依次进行高温处理、烧结和电极印刷处理。2.根据权利要求1所述的无铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述第一次预处理过程依次包括称量、混合、研磨和干燥，且经过第一次预处理后得到的所述第一混合粉末的平均粒径在5μm以下；所述第一次煅烧的煅烧温度为750-900℃；所述第一次后处理过程中依次包括研磨和干燥，且经过第一次后处理后，得到的所述基体陶瓷粉体的平均粒径在0.8-2μm。3.根据权利要求1所述的无铅...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾大国，林超，张静雅，宋春梅，曾晓倩，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32