梯度陶瓷压电材料的制备方法及压电材料、压电传感器技术

公开了一种梯度陶瓷压电材料的制备方法及压电材料、压电传感器，制备方法包括，确定梯度陶瓷压电材料各层的成分，基于成分称量各层原料；将原料分别放入球磨罐中预定频率球磨第一时刻，升温至第一温度煅烧第二时刻得到各层的预烧样品；过筛选出粒径为0.15mm至0.28mm的各层的样品颗粒；取第一层的预定重量的样品颗粒放入模具中并使其表面平整，直至所有层的预定重量的样品颗粒在模具中依次铺平成型后，在预定压力的压力下保持第三时刻得到叠层样品，叠层样品放入马弗炉中在1450℃下烧结第四时刻得到叠层陶瓷试样，打磨叠层陶瓷试样表面，沿成分变化方向切割叠层陶瓷试样，对两侧切割面进行喷金处理得到梯度陶瓷压电材料。

【技术实现步骤摘要】
梯度陶瓷压电材料的制备方法及压电材料、压电传感器
本专利技术涉及电子陶瓷材料
，特别涉及一种梯度陶瓷压电材料的制备方法及压电材料、压电传感器。
技术介绍
压电传感器可以将振动能量转换为电能，在压力和振动的检测中起着至关重要的作用，并且已广泛用于电力设备中以评估其可靠性/故障问题。传统上，压电材料以锆酸钛酸铅(PZT)陶瓷为主导，然而基于PZT的陶瓷因为其有毒性和环境污染性而被全球禁止使用。近年来，无铅压电材料引起了人们的广泛关注，研究人员为开发高性能的无铅压电材料来替代PZT做出了很多努力。钛酸钡(BT)是一种重要的介电材料，由于其无毒且介电损耗低，因此被认为是压电传感器的有前途的材料。然而，居里温度低(TC＝120℃)限制了其在压电传感器中的应用。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本专利技术的目的在于提供一种梯度陶瓷压电材料的制备方法及压电材料、压电传感器。钛酸钡基陶瓷材料在其铁电相变处具有较高的压电常数，且随着远离相变点其压电常数迅速降低，表现出很强的温度依赖性。在钛酸钡基陶瓷的相变点处对应成分附近构造叠层材料，烧结过程中不同成分的层间扩散行为所导致的成分递变会对压电性能产生影响，使陶瓷材料在保持较高的压电性能的同时温度稳定性也得到改善。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现。本专利技术的一方面，一种梯度陶瓷压电材料的制备方法包括，确定梯度陶瓷压电材料各层的成分，基于所述成分称量各层原料；将原料分别放入球磨罐中，加入无水乙醇直至浸没，以预定频率球磨第一时刻以混合均匀，再烘干后倒入坩埚压紧以避免气隙，升温至第一温度煅烧第二时刻得到各层的预烧样品；各层所述预烧样品分别在研钵中研磨成粉末状，进行二次球磨形成二次混合料，将二次混合料烘干后在研钵中研磨，加入预定质量分数的聚乙烯醇树脂混合均匀，过筛选出粒径为0.15mm至0.28mm的各层的样品颗粒；取第一层的预定重量的样品颗粒放入模具中并使其表面平整，取第二层的预定重量的样品颗粒相同操作，以此类推，直至所有层的预定重量的样品颗粒在模具中依次铺平成型后，在预定压力的压力下保持第三时刻得到叠层样品，叠层样品放入马弗炉中在1450℃下烧结第四时刻得到叠层陶瓷试样，打磨叠层陶瓷试样表面，沿成分变化方向切割叠层陶瓷试样且叠层陶瓷试样两侧截面积相同，对两侧切割面进行喷金处理得到梯度陶瓷压电材料。所述的方法中，所述梯度陶瓷压电材料的至少一层包括钛酸钡陶瓷材料，所述钛酸钡陶瓷材料包括Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3，x为40或50。所述的方法中，所述梯度陶瓷压电材料的至少一层包括Ba(Zr0.15Ti0.85)O3-x(Ba0.8Ca0.2)TiO3，x为45或53。所述的方法中，所述成分包括BaCO3、CaCO3、BaZrO3和TiO2。所述的方法中，在行星式球磨机中以45Hz的预定频率球磨8h的第一时刻以混合均匀，二次球磨以预定频率球磨第一时刻，预定质量分数为5％，预定重量为0.4g，预定压力为30MPa，第三时刻为3分钟，第四时刻为300分钟。所述的方法中，1350℃的第一温度煅烧1880分钟的第二时刻得到各层的预烧样品。所述的方法中，球磨罐中加入球磨溶剂和玛瑙球。根据本专利技术的另一方面，一种压电材料包括所述的方法制成的梯度陶瓷压电材料。所述的压电材料中，梯度陶瓷压电材料包括，第一层，其位于底端，所述第一层包括Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3，第二层，其层叠于第一层，第二层包括Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-0.4(Ba0.7Ca0.3)TiO3，第三层，其层叠于第二层，第三层包括Ba(Zr0.15Ti0.85)O3-0.53(Ba0.8Ca0.2)TiO3，第四层，其层叠于第三层，第四层包括Ba(Zr0.15Ti0.85)O3-0.45(Ba0.8Ca0.2)TiO3。根据本专利技术的另一方面，一种压电传感器由如所述的压电材料制成。本专利技术基于成分梯度提高压电温度稳定性以克服现有技术中的问题。本专利技术通过在钛酸钡基陶瓷材料的准同型相界附近构造并联的叠层成分材料，烧结时电介质之间的层间扩散会导致成分递变，从而使铁电陶瓷材料在保持较高压电常数的同时温度稳定性也得到改善，使得传感器能够在较宽环境温度范围内应用，实现钛酸钡基陶瓷在保持较高压电常数的基础上温度稳定性有效改善。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使得本专利技术的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本专利技术的具体实施方式进行举例说明。附图说明通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1是根据本专利技术一个实施例的梯度陶瓷压电材料的立体示意图；图2(a)至图2(b)根据本专利技术一个实施例的梯度陶瓷压电材料图2(a)及BZ15T-53BC20T图2(b)压电常数d33随温度T的变化关系示意图；图3根据本专利技术一个实施例的梯度陶瓷压电材料的结构示意图。以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的解释。具体实施方式下面将参照附图1至图3更详细地描述本专利技术的具体实施例。虽然附图中显示了本专利技术的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本专利技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本专利技术的范围。本专利技术的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本专利技术实施例的限定。如图1至图3所示，一种梯度陶瓷压电材料的制备方法包括，...

【技术保护点】
1.一种梯度陶瓷压电材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括，/n确定梯度陶瓷压电材料各层的成分，基于所述成分称量各层原料；/n将原料分别放入球磨罐中，加入无水乙醇直至浸没，以预定频率球磨第一时刻以混合均匀，再烘干后倒入坩埚压紧以避免气隙，升温至第一温度煅烧第二时刻得到各层的预烧样品；/n各层所述预烧样品分别在研钵中研磨成粉末状，进行二次球磨形成二次混合料，将二次混合料烘干后在研钵中研磨，加入预定质量分数的聚乙烯醇树脂混合均匀，过筛选出粒径为0.15mm至0.28mm的各层的样品颗粒；/n取第一层的预定重量的样品颗粒放入模具中并使其表面平整，取第二层的预定重量的样品颗粒相同操作，以此类推，直至所有层的预定重量的样品颗粒在模具中依次铺平成型后，在预定压力的压力下保持第三时刻得到叠层样品，/n叠层样品放入马弗炉中在1450℃下烧结第四时刻得到叠层陶瓷试样，打磨叠层陶瓷试样表面，沿成分变化方向切割叠层陶瓷试样且叠层陶瓷试样两侧截面积相同，对两侧切割面进行喷金处理得到梯度陶瓷压电材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种梯度陶瓷压电材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括，
确定梯度陶瓷压电材料各层的成分，基于所述成分称量各层原料；
将原料分别放入球磨罐中，加入无水乙醇直至浸没，以预定频率球磨第一时刻以混合均匀，再烘干后倒入坩埚压紧以避免气隙，升温至第一温度煅烧第二时刻得到各层的预烧样品；
各层所述预烧样品分别在研钵中研磨成粉末状，进行二次球磨形成二次混合料，将二次混合料烘干后在研钵中研磨，加入预定质量分数的聚乙烯醇树脂混合均匀，过筛选出粒径为0.15mm至0.28mm的各层的样品颗粒；
取第一层的预定重量的样品颗粒放入模具中并使其表面平整，取第二层的预定重量的样品颗粒相同操作，以此类推，直至所有层的预定重量的样品颗粒在模具中依次铺平成型后，在预定压力的压力下保持第三时刻得到叠层样品，
叠层样品放入马弗炉中在1450℃下烧结第四时刻得到叠层陶瓷试样，打磨叠层陶瓷试样表面，沿成分变化方向切割叠层陶瓷试样且叠层陶瓷试样两侧截面积相同，对两侧切割面进行喷金处理得到梯度陶瓷压电材料。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：优选的，所述梯度陶瓷压电材料的至少一层包括钛酸钡陶瓷材料，所述钛酸钡陶瓷材料包括Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3，x为40或50。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述梯度陶瓷压电材料的至少一层包括Ba(Zr0.15Ti0.85)O3-x(Ba0.8Ca0.2)TiO3，x为45或53。


4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：高景晖，吴明，姚睿丰，刘泳斌，赵铜鑫，钟力生，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61