本发明专利技术提供一种电致伸缩材料及其制备方法。通过Ｓｒ或Ｌａ元素部分取代ＰＭＮ中Ｐｂ的同时，掺杂Ｓｃ↓［２］Ｏ↓［３］，并添加Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］或Ｂｉ↓［２］Ｏ↓［３］中的一种，以低成本的生产路线，优化工艺条件，从而提供一种耐压性能好、形变量大、损耗低的电致伸缩材料，可广泛应用于大形变驱动和定位的航空航天、精密光学、精密加工等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功能材料领域，具体的说，涉及一种电致伸缩材料及其制 备方法。
技术介绍
电致伸缩材料是一种具有机电耦合效应的铁电材料，其在外电场的诱 发作用下会产生一定的形变。由于该形变的机理是通过电输入信号而非机 械量输入来产生所需运动，因此可以实现机械隔离，并且由于其驱动功率 小、无需高压预极化，不存在极化和去极化引起的老化问题，因此使电致 伸缩材料成为微位移器件的理想材料，备受国防、微电子工业及尖端技术 的重视，在智能结构系统、微机械电子系统、微型机器人、激光束偏转器、 自适应光学系统等方面有着广泛的应用。电致伸缩材料所产生的形变(应变)与电场强度大小的平方成正比， 因此在实际工作时，要想获得足够大的应变量需要施加更强的电场，这就 需要材料必须具备优良的耐高压性能和低损耗性。在现有技术中，例如文献Ceram. Int. 2004, 30: 1411~1417和Ceram. Int. 2006, 32: 189~194中所介 绍的使用超细粉末、热压烧结等工艺制备的铌镁酸铅系(PMN)电致伸 缩材料主要以Ba、 Sr、 K等元素进行掺杂改性，该材料存在耐压性能差、 损耗高、的问题，此外，由于超细粉末的工艺条件苛刻、操作过程复杂， 热压烧结则需要一套昂贵的特殊设计的热压设备，成本很高，目前它们都 很难应用于工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有电致伸缩材料耐压性能差、损耗高且制造成 本高的缺陷，提供一种耐压性能好、形变量大、损耗低的电致伸缩材料， 并提供一种操作简单、低成本的制备方法以制备上述电致伸缩材料，从而 有利于实现工业化生产。所述电致伸缩材料可广泛应用于大形变驱动和定位的航空航天、精密光学、精密加工等领域。本专利技术的目的是这样实现的根据本专利技术的一个方面，提供一种电致伸缩材料的制备方法，包括以 下步骤1) 以PbO、 Ti02、 Mg(OH)2、 Nb205、 SrC03、 La203、 Sc203、 Cr203、 Bi203为原料，按照以下组成式的化学计量比称量Pb1.aMa(Mg1/3Nb2/3)pTi1.e03+ x mol% Sc203+ y mol% Lm203 ，其中0.05傘0.150<x<0.5， 0<y<0.5， 0<x+y$0.5式中M为Sr或La, Lm203为Bi203或Cr203。2) 首先将Mg(OH)2和Nb20s经过800 1000。C下1 ~ 2.5小时合成 MgNb206,然后与其他原料按相应配比进行混料球磨，在800 1000。C下 1 ~ 2.5小时二次合成铌镁酸铅粉料；3 )将步骤2)得到的二次合成铌镁酸铅粉料再次球磨成微米级后，加 入0.5wt。/。聚乙烯醇作为粘结剂造粒成型，然后在1100 ~ 1250。C下保温1 ~ 2小时进行烧结。其中在所述步骤l)中优选0.01^cS0.02, 0<y^0.48，所使用的原料纯 度为化学纯的，或化学纯以上的原料。根据本专利技术的另 一个方面，提供一种由上述制备方法所获得的电致伸 缩材料。在上述的技术方案中，为了测试所制备的电致伸缩材料的电性能，可 以将烧结后的材料磨加工成相应尺寸的元件，再对表面进行抛光，然后采 用烧渗银法在上述元件上镀上银电极，烧渗银的温度为700~ 800°C,保温 时间为1 ~2小时。在本专利技术中，少量Sr或La的取代有利于避免对性能不利的焦绿石相的出现，适量的SC203可以改善电致伸缩材料内部结构的有序一无序性，而0203或Bi203的掺杂有助于在烧成中引入过渡的液相烧结量，降低烧结温度，细化晶粒，提高材料内部结构^^力性和致密度，加强晶界的耐 击穿强度，从而提高电致伸缩材料的工作电压，并改善其蠕变性。与目前现有的技术相比，本专利技术具有以下优点1. 本专利技术提供的电致伸缩材料形变量大，达到10_3量级，能在大行程范围内方便地调节位移量，这为电致伸缩器件的性能设计提供了更大的 设计空间。2. 本专利技术提供的电致伸缩材料耐压性能高，损耗低。由于该材料的 击穿强度高于6kV/mm,工作电压可达5kV/mm, -使其能够承受较大的电 场强度，获得更大的形变，从而提高了电致伸缩器件的可靠性。3. 本专利技术的电致伸缩材料还具有低蠕变性的特点，因此在实际应用 中有效保证了位移的重现性，有利于更好地进行微小位移的定位移动。4. 本专利技术提供的工艺路线，操作过程筒单、易控制，而且成本低廉， 适用于工业化生产。附图说明图1是根据本专利技术一实施例的电致伸缩材料的XRD图谱，其具有单 纯的钩钛矿相结构。图2是根据本专利技术一实施例的电致伸缩材料的SEM图，显示晶粒生 长良好、微观结构致密。图3是根据本专利技术实施例1~3的电致伸缩材料的电致回线图。具体实施例方式下面通过实施例来进一步说明本专利技术的优点，但本专利技术的内容并非局 限于此。:1) 以化学纯的PbO、 Ti02、 Mg(OH)2、 Nb205、 SrC03、 Sc203、 Cr203 为原料，l姿组成式Pbo.95Sro.o5(Mg^Nb2/3)(uTio.903 + 0.01 mol% Sc203 + 0.02 mol% Cr203的化学计量比准确称量；2) 首先以Mg(OH)2和Nb205为原料，先经过800~ 1000。C下保温2.5 小时合成MgNb206,然后与PbO、 Ti02、 SrC03、 Sc203、 0203按相应配比5进行混料球磨，在800 ~ 1000。C下保温2.5小时二次合成铌《美酸铅粉料； 3 )将步骤2 )得到的二次合成铌镁酸铅粉料再次球磨成微米级后，加入0.5wt。/。聚乙烯醇作为粘结剂造粒成型，然后在1100- 1250。C下保温2小时进行烧结，从而得到电致伸缩材料。将所制备的电致伸缩材料磨加工成相应尺寸的元件，再对表面进行抛光，然后采用烧渗银法镀上银电极，烧渗银的温度为700°C,保温时间为1小时，测试其电性能。表1是实施例1在不同条件下的电性能。表1烧结温度预烧温度损耗 tg5 (% )形变 S(1(T3) (kV/腿)耐击穿强度 E (kV/腿)1100謹3.00.625.812009002.50.626.2125010003.20.425.2:1 )以化学纯的PbO、 Ti02、 Mg(OH)2、 Nb205、 La203、 Sc203、 Bi203 为原料，按组成式Pba98Lao.o2(Mg1/3Nb2/3)。.。5Tio.9503+ 0.3 mol% Sc203+ 0.1 mol% Bi203的化学计量比称量；2)首先以Mg(OH)2和Nb205为原料，先经过850。C下保温1.5小时合 成MgNb206,然后与PbO、 Ti02、 La203、 Sc203、 Bi203按相应配比进行混 料球磨，在850。C下保温1.5小时二次合成铌镁酸铅粉料；3 )将步骤2 )得到的二次合成铌镁酸铅粉料再次球磨成微米级后，加 入0.5wt。/。聚乙烯醇作为粘结剂造粒成型，然后在1200。C下保温2小时进 行烧结，从而得到电致伸缩材料。然后对所制备的电致伸缩材料采用与实施例l相同的加工工艺，测试 其电性能。:1)以化学纯的PbO、 Ti02、 Mg(OH)2、 Nb2Os、 Sc203、 0203本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电致伸缩材料的制备方法，包括以下步骤： １）以ＰｂＯ、ＴｉＯ↓［２］、Ｍｇ（ＯＨ）↓［２］、Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］、ＳｒＣＯ↓［３］、Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｓｃ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｂｉ↓［２］Ｏ↓［３］为 原料，按照以下组成式的化学计量比称量： Ｐｂ↓［１－α］Ｍ↓［α］（Ｍｇ↓［１／３］Ｎｂ↓［２／３］）↓［β］Ｔｉ↓［１－β］Ｏ↓［３］＋ｘ ｍｏｌ％ Ｓｃ↓［２］Ｏ↓［３］＋ｙ ｍｏｌ％ Ｌｍ↓［２］Ｏ↓［３］，其中： ０≤α≤０．０５ ０．０５≤β≤０．１５ ０＜ｘ＜０．５，０＜ｙ＜０．５，０＜ｘ＋ｙ≤０．５ 式中Ｍ为Ｓｒ或Ｌａ，Ｌｍ↓［２］Ｏ↓［３］为Ｂｉ↓［２］Ｏ↓［３］或Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］。 ２）首先将Ｍｇ（ＯＨ）↓［ ２］和Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］经过８００～１０００℃下１～２．５小时合成ＭｇＮｂ↓［２］Ｏ↓［６］，然后与其他原料按相应配比进行混料球磨，在８００～１０００℃下１～２．５小时二次合成铌镁酸铅粉料； ３）将步骤２）得到的二次合成铌镁酸铅粉 料再次球磨成微米级后，加入０．５ｗｔ％聚乙烯醇作为粘结剂造粒成型，然后在１１００～１２５０℃下保温１～３小时进行烧结。...
【技术特征摘要】
1. 一种电致伸缩材料的制备方法，包括以下步骤1)以PbO、TiO2、Mg(OH)2、Nb2O5、SrCO3、La2O3、Sc2O3、Cr2O3、Bi2O3为原料，按照以下组成式的化学计量比称量Pb1-αMα(Mg1/3Nb2/3)βTi1-βO3+x mol％ Sc2O3+y mol％ Lm2O3，其中0≤α≤0. 050. 05≤β≤0.150<x<0. 5，0<y<0.5，0<x+y≤0.5式中M为Sr或La，Lm2O3为Bi2O3或Cr2O3。2)首先将Mg(OH)2和Nb2O5经过800～1000℃下1～2.5小时合成MgN...
【专利技术属性】
技术研发人员：温建强，蔡海荣，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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