压电陶瓷及其制备方法、压电装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种压电陶瓷及其制备方法、压电装置及其应用，属于压电陶瓷技术领域。本发明专利技术提供了一种压电陶瓷，所述压电陶瓷的化学式为(1‑n)wt％M1x/2M21‑xBi4+x/2Ti4O15+n wt％M，式中，0≤x≤1，0＜n≤0.5；M1为碱金属，M2为碱土金属，M为+2～+4价金属形成的金属氧化物。该压电陶瓷兼具较高的居里温度(在650‑700℃范围内)、较高的压电系数(在15‑25pC/N范围内)和较优异的温度稳定性(25‑500℃变化率在10‑25％范围内)；且该压电陶瓷采用固相烧结合成方法即可制备得到，工艺稳定可靠，重复性好，适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
压电陶瓷及其制备方法、压电装置及其应用
本专利技术属于压电陶瓷
，具体涉及一种压电陶瓷及其制备方法、压电装置及其应用。
技术介绍
压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作，可用于制成各类传感器、换能器、驱动器等器件。其中，压电传感器是利用压电材料的正负压电效应原理工作的一种器件，正压电效应是当压电材料受到应力或应变时产生相应的电荷，即电信号；负压电效应是当压电材料受到电场力的作用下产生应变，即机械信号；利用这一原理压电材料可以做成各类接收和发射型传感器，其典型应用是声纳、航模、汽车门锁、倒车雷达、空调遥控器等，但这些应用都是常温条件下的应用。随着现代科学技术的发展，航空航天、地质勘探、石油化工、新能源等领域需要能够在更高温度下工作的压电传感器，例如，需要能够在400℃以上的高温环境下工作，而一般钙钛矿型压电陶瓷传感器受居里温度等的制约很难应用于这么高的温度。铋层状压电陶瓷虽然具有较高的居里温度(Tc≈700℃)、低介电常数和低老化率等特性，温度稳定性可满足高温使用要求，但铋层状压电陶瓷的压电系数较低(d33≈10pC/N)，很难满足实际应用要求。即使某些高温压电陶瓷通过定向的制备方法，可以使得压电系数提高到17pC/N，但是由于定向工艺复杂，工艺稳定性差，如无法有效控制籽晶的生长，很难实现工业化生产。因此，所期望的是提供一种具有较高的居里温度、较高的压电系数、较优异的温度稳定性且能够大规模生产的压电陶瓷，能够解决上述问题中的至少一个。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种压电陶瓷；该压电陶瓷兼具较高的居里温度、较高的压电系数、较优异的温度稳定性。本专利技术的第二个目的在于提供上述压电陶瓷的制备方法；本专利技术压电陶瓷采用固相烧结合成方法即可制备得到，工艺稳定可靠，得到的产品具有一致性，重复性好，性能优良，适合工业化生产。本专利技术的第三个目的在于提供一种压电装置，该压电装置为传感器、换能器或驱动器，包含上述压电陶瓷。本专利技术的第四个目的在于提供上述压电装置在航空航天、地质探测、石油勘探或能源汽车中的应用。根据本专利技术第一个方面，提供了一种压电陶瓷，所述压电陶瓷的化学式为(1-n)wt％M1x/2M21-xBi4+x/2Ti4O15+nwt％M，式中，0≤x≤1，0＜n≤0.5；M1为碱金属，M2为碱土金属，M为+2～+4价金属形成的金属氧化物。作为进一步优选的技术方案，式中，0.2≤x≤0.6。作为进一步优选的技术方案，式中，0.1≤n≤0.3。作为进一步优选的技术方案，所述M1为Li、Na和K中的至少一种，优选为Na和K中的至少一种。作为进一步优选的技术方案，所述M2为Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种，优选为Mg、Ca和Sr中的至少一种。作为进一步优选的技术方案，所述M为CuO、Co2O3、MnO2、Ni2O3、Fe2O3、Al2O3、La2O3、Cr2O3、Sm2O3、Sc2O3、HfO2和SiO2中的至少一种，优选为CuO、Co2O3、MnO2、Ni2O3和Fe2O3中的至少一种。根据本专利技术第二个方面，提供了上述压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：按化学式将M1x/2M21-xBi4+x/2Ti4O15和M进行固相烧结合成，得到压电陶瓷；优选地，按化学式M1x/2M21-xBi4+x/2Ti4O15取原料，湿磨混合，干燥后于800-1000℃下预合成，粉碎，加入M进行粉碎混合，干燥后加入粘结剂，造粒成型，排塑得到陶瓷生坯，烧结，双面被电极，得到压电陶瓷。作为进一步优选的技术方案，所述预合成的时间为1-5h；优选地，所述粘结剂为有机粘结剂，优选为PVA，所述粘结剂的加入量为6-10wt％；优选地，所述烧结的环境为空气中，所述烧结的温度为1100-1250℃，所述烧结的时间为1-5h。根据本专利技术第三个方面，提供了一种压电装置，包括上述压电陶瓷；所述压电装置为传感器、换能器或驱动器。根据本专利技术第四个方面，提供了上述压电装置在航空航天、地质探测、石油勘探或能源汽车中的应用。本专利技术提供了一种压电陶瓷，所述压电陶瓷的化学式为(1-n)wt％M1x/2M21-xBi4+x/2Ti4O15+nwt％M，式中，0≤x≤1，0＜n≤0.5；M1为碱金属，M2为碱土金属，M为+2～+4价金属形成的金属氧化物。该压电陶瓷兼具较高的居里温度、较高的压电系数和较优异的温度稳定性，具体地，居里温度Tc在650-700℃范围内，压电系数d33在15-25pC/N范围内，温度稳定性(25-500℃变化率)在10-25％范围内；且该压电陶瓷采用固相烧结合成方法即可制备得到，工艺稳定可靠，得到的产品重复性好，性能优良，适合工业化生产。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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的附图。图1为本专利技术实施例1提供的压电陶瓷的介电常数温度曲线；图2为本专利技术实施例1提供的压电陶瓷的介电损耗温度曲线。具体实施方式下面将结合实施例及附图对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。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。根据本专利技术第一个方面，提供了一种压电陶瓷，压电陶瓷的化学式为(1-n)wt％M1x/2M21-xBi4+x/2Ti4O15+nwt％M，式中，0≤x≤1，0＜n≤0.5；M1为碱金属，M2为碱土金属，M为+2～+4价金属形成的金属氧化物。该压电陶瓷兼具较高的居里温度、较高的压电系数和较优异的温度稳定性，具体地，居里温度Tc在650-700℃范围内，压电系数d33在15-25pC/N范围内，温度稳定性(25-500℃变化率)在10-25％范围内；且该压电陶瓷采用固相烧结合成方法即可制备得到，工艺稳定可靠，得到的产品重复性好，性能优良，适合工业化生产。在压电陶瓷(1-n)wt％M1x/2M21-xBi4+x/2Ti4O15+nwt％M中，0≤x≤1，0＜n≤0.5。x典型但非限制性的取值为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1；n典型但非限制性的取值为0.1、0.15、0.2、0.23、0.26、0.3、0.35、0.4、0.45或0.5。M1为碱金属，可以理解的是，本专利技术对于碱金属没有特殊限制，包括但不限于锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)或钫(Fr)中的任意一种或多种。M2为碱土金属，可以理解的是，本专利技术对于碱金属没有特殊限制，包括但不限于铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)或钡(Ba)中的任意一种或多种。M为+2～+4价金属形成的金属氧化物，可以理解的是，本专利技术对于+2～+4价金属形成的金属氧化物没有特殊限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电陶瓷，其特征在于，所述压电陶瓷的化学式为(1‑n)wt％M1x/2M21‑xBi4+x/2Ti4O15+n wt％M，式中，0≤x≤1，0＜n≤0.5；M1为碱金属，M2为碱土金属，M为+2～+4价金属形成的金属氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种压电陶瓷，其特征在于，所述压电陶瓷的化学式为(1-n)wt％M1x/2M21-xBi4+x/2Ti4O15+nwt％M，式中，0≤x≤1，0＜n≤0.5；M1为碱金属，M2为碱土金属，M为+2～+4价金属形成的金属氧化物。2.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其特征在于，式中，0.2≤x≤0.6。3.根据权利要求1所述的压电陶瓷，其特征在于，式中，0.1≤n≤0.3。4.根据权利要求1-3任一项所述的压电陶瓷，其特征在于，所述M1为Li、Na和K中的至少一种，优选为Na和K中的至少一种。5.根据权利要求1-3任一项所述的压电陶瓷，其特征在于，所述M2为Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种，优选为Mg、Ca和Sr中的至少一种。6.根据权利要求1-3任一项所述的压电陶瓷，其特征在于，所述M为CuO、Co2O3、MnO2、Ni2O3、Fe2O3、Al2O3、La2O3、Cr2O3、Sm2O3、Sc2O3、HfO2和SiO2中的至少一种，优选为CuO、Co2O3、M...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷森林，石维，
申请(专利权)人：铜仁学院，
类型：发明
国别省市：贵州,52