一种高性能压电陶瓷及其制备方法技术

本申请提供一种高性能压电陶瓷材料及其制备方法，其化学通式为：Pb

【技术实现步骤摘要】
一种高性能压电陶瓷及其制备方法
本专利技术属于压电陶瓷
，具体涉及一种高性能压电陶瓷及其制备方法。
技术介绍
压电陶瓷材料是一种电能与机械能相互转换的材料，即给压电材料施加一个机械应力，将会在其表面产生电荷，反之，将外加电场施加在压电材料上，压电材料也会产生机械形变。压电陶瓷具有体积小、分辨率高、响应快、推力大等一系列特点，在传感器、执行器、换能器、无损检测和通讯技术等领域已获得了广泛的应用。随着移动互联时代的到来，以及伴随着其终端设备小型超薄化、高可靠及低功耗的需求的出现，压电陶瓷的应用领域正在迅速拓宽，同时也对压电陶瓷元器件提出了更高的要求。现有PZT体系的压电陶瓷各项性能指标不能有所突破，导致综合性能无法达到人们需求，应用在高功率、高驱动要求的功率型换能器上时，其功率承受能力不高无法达到使用要求，存在致密性差、功率较低及品质因素一般的问题，很难满足实际需求。因此提供一种高密度、高功率、高效率及高品质因素的高性能压电陶瓷，使其能够应用于高功率焊接，以及渔群探测等极高功率要求的传感器上，已经成为国内外当前研究的重点。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有PZT体系压电陶瓷综合性能一般的技术问题，提供一种高性能压电陶瓷，具有高密度、高功率、高效率、高品质因素的优点，本申请是一种改性的硬性PZT体系压电陶瓷，功率承受能力较高，极其适用于极高功率高驱动要求的功率型换能器，能够广泛用于高功率声波焊接，渔群探测等极高功率要求的传感器上。本专利技术的另一个目的是提供一种高性能压电陶瓷的制备方法。一种高性能压电陶瓷，所述高性能压电陶瓷的化学通式为：PbnSrm(Mg1/3Nb2/3)zZryTixO3+g％CeO2+h％PbO+b％CuO+d％Nb2O5；n、m、x、y、z表示相应元素的摩尔分数,式中z+y+x＝1,n+m＝1；g％、h％、b％、d％表示相应材料所占PbnSrm(Mg1/3Nb2/3)zZryTixO3的质量百分比。本申请提供一种高性能压电陶瓷，以Pb(Mg1/3Nb2/3)O3为基体，通过添加Sr以实现对A位的Pb离子的掺杂改性，引起晶格畸变，加速离子扩散，在烧结时起到助熔作用，降低压电陶瓷的烧结温度，提高压电陶瓷的致密度，增大压电陶瓷的介电和压电常数，通过掺杂Zr、Ti离子，对基体进行改性，利用离子掺杂并烧结得到“三方-正交-四方”多向共存的压电陶瓷结构，该结构能够使得压电陶瓷材料具有超高的压电性能，有助于提升压电陶瓷的致密性，获得高质量的压电陶瓷，同时加入CeO2、CuO、Nb2O5可改变了陶瓷中氧空位的浓度和阳离子空位浓度，在不降低压电常数的情况下提高材料致密性和调控缺陷浓度，而PbO存在很丰富的液相区，加入后在烧结过程中形成少量液相，从而降低烧结温度，减少晶粒间隙，并使得压电陶瓷的致密性提高，本申请相较现有PZT体系压电陶瓷，通过先合成Pb(Mg1/3Nb2/3)O3再加入PZT系统去实现高密度，具有高密度、高功率、高效率、高品质因素的特点，本申请是一种改性的硬性PZT体系压电陶瓷，功率承受能力较高，综合性能高能够满足人们需求，极其适用于极高功率高驱动要求的功率型换能器，能够广泛用于高功率声波焊接，渔群探测等极高功率要求的传感器上。如上所述的一种高性能压电陶瓷，所述高性能压电陶瓷的化学通式中：0.927≤n≤0.976；0.024≤m≤0.073。通过添加Sr以实现对A位的Pb离子的掺杂改性，引起晶格畸变，加速离子扩散，在烧结时起到助熔作用，降低压电陶瓷的烧结温度，提高压电陶瓷的致密度，增大压电陶瓷的介电和压电常数。如上所述的一种高性能压电陶瓷，所述高性能压电陶瓷的化学通式中：0.25≤z≤0.25；0.35≤y≤0.35，0.50≤x≤0.60。本申请通过先合成Pb(Mg1/3Nb2/3)O3再加入PZT系统去实现高密度，通过掺杂Zr、Ti离子，对基体进行改性，利用离子掺杂并烧结得到“三方-正交-四方”多向共存的压电陶瓷结构，该结构能够使得压电陶瓷材料具有超高的压电性能，有助于提升压电陶瓷的致密性，获得高质量的压电陶瓷。如上所述的一种高性能压电陶瓷，所述高性能压电陶瓷的化学通式中：0.4≤g≤0.7；0.1≤h≤0.3；0.1≤b≤0.3；0.1≤d≤0.3。加入CeO2、CuO、Nb2O5可改变了陶瓷中氧空位的浓度和阳离子空位浓度，在不降低压电常数的情况下提高材料致密性和调控缺陷浓度，而PbO存在很丰富的液相区，加入后在烧结过程中形成少量液相，从而降低烧结温度，减少晶粒间隙，并使得压电陶瓷的致密性提高。如上所述的一种高性能压电陶瓷，所述高性能压电陶瓷的平面机电耦合系数＞0.59，机械品质因素＞1200。如上所述的一种高性能压电陶瓷，所述高性能压电陶瓷的压电常数d33＞350pC/N。如上所述的一种高性能压电陶瓷，所述高性能压电陶瓷的密度＞7.85g/cm3。如上所述的一种高性能压电陶瓷，所述高性能压电陶瓷的介电常数＞1700，介电损耗＜0.006。一种高性能压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：1)以Pb3O4、MgO、Nb2O5为原料，按Pb(Mg1/3Nb2/3)O3的配比混匀，在1000℃-1200℃的温度下保温2-4小时合成Pb(Mg1/3Nb2/3)O3；2)以Pb(Mg1/3Nb2/3)O3、SrCO3、TiO2、ZrO2、Nb2O5、CeO2、PbO、CuO为原料，按PbnSrm(Mg1/3Nb2/3)zZryTixO3+g％CeO2+h％PbO+b％CuO+d％Nb2O5的配比混匀，在850℃-900℃下保温3-4小时后得到PbnSrm(Mg1/3Nb2/3)zZryTixO3+g％CeO2+h％PbO+b％CuO+d％Nb2O5混合粉料；3)将PbnSrm(Mg1/3Nb2/3)zZryTixO3+g％CeO2+h％PbO+b％CuO+d％Nb2O5混合粉料细磨3-4h，再加入5-8wt％的粘结剂、造粒，压成圆片、进行烧结，烧结温度为850-950℃，预烧结的保温时间为2-4h，得陶瓷样品；4)将陶瓷样品进行极化，得到所述高性能压电陶瓷。如上所述的高性能压电陶瓷制备方法，步骤4)中，所述极化步骤包括:在所述陶瓷样品上被银，并经500-800℃烧银5-10分钟,以镀上电极，将镀上电极的所述陶瓷样品放入硅油或者在空气环境中,施加2-3kV/mm的直流电，以进行极化，极化时间为5-20分钟。优选所述粘结剂为PVA。本专利技术相对于现有技术，有以下优点：本专利技术提供一种高性能压电陶瓷材料，其化学通式为：PbnSrm(Mg1/3Nb2/3)zZryTixO3+g％CeO2+h％PbO+b％CuO+d％Nb2O5，以Pb(Mg1/3Nb2/3)O3为基体，通过添加Sr以实现对A位的Pb离子的掺杂改性，引起晶格畸变，加速离子扩散，在烧结时起到助熔作用，降低压电陶瓷的烧结温度，提高压电陶瓷的致密度，增大压电陶瓷的介电和压电常数，通过掺杂Zr、Ti，对基体进行改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能压电陶瓷，其特征在于：所述高性能压电陶瓷的化学通式为：Pb

【技术特征摘要】
1.一种高性能压电陶瓷，其特征在于：所述高性能压电陶瓷的化学通式为：PbnSrm(Mg1/3Nb2/3)zZryTixO3+g％CeO2+h％PbO+b％CuO+d％Nb2O5；
n、m、x、y、z表示相应元素的摩尔分数,式中z+y+x＝1,n+m＝1；
g％、h％、b％、d％表示相应材料所占PbnSrm(Mg1/3Nb2/3)zZryTixO3的质量百分比。


2.根据权利要求1所述的一种高性能压电陶瓷，其特征在于：所述高性能压电陶瓷的化学通式中：0.927≤n≤0.976；0.024≤m≤0.073。


3.根据权利要求1所述的一种高性能压电陶瓷，其特征在于：所述高性能压电陶瓷的化学通式中：0.15≤z≤0.30；0.25≤y≤0.40，0.40≤x≤0.60。


4.根据权利要求1所述的一种高性能压电陶瓷，其特征在于：所述高性能压电陶瓷的化学通式中：0.4≤g≤0.7；0.1≤h≤0.3；0.1≤b≤0.3；0.1≤d≤0.3。


5.根据权利要求1所述的一种高性能压电陶瓷，其特征在于：所述高性能压电陶瓷的密度＞7.85g/cm3。


6.根据权利要求1所述的一种高性能压电陶瓷，其特征在于：所述高性能压电陶瓷的压电常数d33＞350pC/N。


7.根据权利要求1所述的一种高性能压电陶瓷，其特征在于：所述高性能压电陶瓷的平面机电耦合系数＞0.59，机械品质因素＞1200。


8.根据权利要求1所述的一种高性能压电陶瓷，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李茂洪，
申请(专利权)人：李茂洪，
类型：发明
国别省市：广东;44