一种锆钛酸铅-铌钽镁酸铅压电陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锆钛酸铅

【技术实现步骤摘要】
一种锆钛酸铅
‑
铌钽镁酸铅压电陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及压电陶瓷材料领域，特别涉及一种锆钛酸铅
‑
铌钽镁酸铅压电陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着压电陶瓷在现代工业生活中的广泛应用，针对不同使用环境下的用户需求，必须开发具有对应特定功能的压电陶瓷。通常而言，根据压电陶瓷所表现出的电学性能可以将其分为两大类：软性压电陶瓷和硬性压电陶瓷。软性压电陶瓷主要表现为具有高压电常数、低的机械品质因子和较高的介电损耗；而硬性压电陶瓷主要表现为具有高的机械品质因子，超低介电损耗，但一般压电常数较低。
[0003]通过外加多组元和掺杂金属氧化物，改性提高压电陶瓷的综合电学性能具有较好的研究意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的不足，提出一种锆钛酸铅
‑
铌钽镁酸铅压电陶瓷材料及其制备方法，该材料具有极低的介电损耗和介电常数，而且保持了较好的压电性能，能够大大降低在实现机电转换过程中的能量损耗。同时，该材料具有较高的居里温度，使其具有在更宽的温度范围内应用的可能性。
[0005]为此，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种锆钛酸铅
‑
铌钽镁酸铅压电陶瓷材料，以锆钛酸铅Pb(Zr
u
Ti1‑
u
)O3固溶体为主要成分，添加第二组元Pb(Mg
1/3
(Nb
z
Ta1‑
z<br/>)
2/3
)O3，同时掺杂三氧化二锑Sb2O3和二氧化锰MnO2；在Pb(Zr
u
Ti1‑
u
)O3的A位掺杂锶离子代替部分的铅离子；其化学计量式为(1
‑
y)Pb1‑
x
Sr
x
(Zr
u
Ti1‑
u
)O3‑
yPb(Mg
1/3
(Nb
z
Ta1‑
z
)
2/3
)O3+v wt％Sb2O3+w wt％MnO2，其中，x、y为摩尔比，0＜x≤0.3、0＜y≤0.4、0＜z≤0.8、0.2≤u≤0.8、0＜v≤0.4、0＜w≤0.2。
[0007]基于相同的专利技术构思，本实施例还提供上述的锆钛酸铅
‑
铌钽镁酸铅压电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：S1、球磨，按照化学计量称取各种原料混合球磨，得球磨料；S2、二次球磨，将所述球磨料烘干后进行预烧结，得预烧结粉料，将所述预烧结粉料进行二次球磨，得二次球磨料；S3、成型，将所述二次球磨料烘干后充分研磨，加入粘合剂进行研磨造粒，得造粒粉体，将所述造粒粉体压制成型后，进行排胶处理，得陶瓷坯体；S4、烧结，将所述陶瓷坯体进行烧结，得到烧结陶瓷片；S5、极化：将所述烧结陶瓷片两面抛光并印刷上电极，置于硅油中施加电压进行极化，得所述锆钛酸铅
‑
铌钽镁酸铅压电陶瓷材料。
[0008]优选的，所述步骤S1中，所述原料包括碳酸锶SrCO3、二氧化锆ZrO2、氧化钛TiO2、三氧化二锑Sb2O3、氧化镁MgO、四氧化三铅Pb3O4、五氧化二铌Nb2O5、五氧化二钽Ta2O5和二氧化锰MnO2。
[0009]优选的，所述步骤S1中，以氧化锆球为介质，无水乙醇为溶剂进行球磨，球磨的时间为18～30小时；所述步骤S2中，以氧化锆球为介质，无水乙醇为溶剂进行球磨，二次球磨
的时间为10～16小时。
[0010]优选的，预烧结的温度为800～950℃，时间为1～3小时。
[0011]优选的，所述步骤S3中，所述粘合剂为聚乙烯醇PVA，所述粘合剂的质量为所述原料的总质量的8％，压制成型的压力为1～3MPa。
[0012]优选的，所述步骤S3中，排胶处理的温度为750℃，时间为2小时。
[0013]优选的，所述步骤S4中，烧结的温度为1150～1250℃，时间为1～3小时。
[0014]优选的，所述步骤S5中，在两面抛光的所述烧结陶瓷片上被银再烧银作为电极，烧银的温度为550～750℃，时间为10～30分钟。
[0015]优选的，所述步骤S5中，极化的温度为120～160℃，电场强度为3～5kV/mm，时间为20～40分钟。
[0016]本技术方案的有益之处在于：
[0017]1、本专利技术提供的材料具有极低的介电损耗和介电常数，而且保持了较好的压电性能，能够大大降低在实现机电转换过程中的能量损耗；
[0018]2、本专利技术提供的材料采用传统的固相反应法即可制备，制备工艺简单稳定，操作方便，适于大规模工业生产的推广，具有实际的应用价值和广泛的应用前景；
[0019]3、本专利技术提供的材料具有较高的居里温度，使其具有在更宽的温度范围内应用的可能性，在高温电子器件中具有实际应用价值。
附图说明
[0020]图1为实施例一中制备得到的材料在20～80
°
的2θ范围内的XRD衍射图；
[0021]图2为实施例一中制备得到的材料的介电温谱图。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图及实施例，对本专利技术的具体实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本专利技术，但是本专利技术能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本专利技术不受以下公开的具体实施的限制。
[0023]实施例一
[0024]本实施例提供一种锆钛酸铅
‑
铌钽镁酸铅压电陶瓷材料的制备方法，制备符合化学组成0.98Pb
0.97
Sr
0.03
(Zr
0.52
Ti
0.48
)O3‑
0.02Pb(Mg
1/3
(Nb
0.8
Ta
0.2
)
2/3
)O3+0.1wt％Sb2O3+0.1wt％MnO2的改性压电陶瓷材料。
[0025]本实施例所述的方法包括以下步骤：
[0026]S1、球磨，按照上述计量比称取分析纯的原料SrCO3、ZrO2、TiO2、Sb2O3、MgO、Pb
304
、Nb2O5、Ta2O5和MnO2混合在无水乙醇中，放入球磨罐中用氧化锆球滚磨30小时，得球磨料。
[0027]S2、二次球磨，将球磨料中的无水乙醇烘干，烘干后的粉体在800℃中保温3h进行预烧结，得预烧结粉料。将预烧结粉料二次球磨16小时，得二次球磨料。
[0028]S3、成型，将二次球磨料烘干后，加入聚乙烯醇PVA溶液充分研磨至胶水分散均匀，加入的PVA溶液的质量为原料的总质量的8％，进行造粒，得造粒粉体。将造粒粉体在3Mpa下压制成小圆片，将小圆片在750℃中保温2h进行排胶处理，得陶瓷坯体。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锆钛酸铅
‑
铌钽镁酸铅压电陶瓷材料，其特征在于，以锆钛酸铅Pb(Zr
u
Ti1‑
u
)O3固溶体为主要成分，添加第二组元Pb(Mg
1/3
(Nb
z
Ta1‑
z
)
2/3
)O3，同时掺杂三氧化二锑Sb2O3和二氧化锰MnO2；在Pb(Zr
u
Ti1‑
u
)O3的A位掺杂锶离子代替部分的铅离子；其化学计量式为(1
‑
y)Pb1‑
x
Sr
x
(Zr
u
Ti1‑
u
)O3‑
yPb(Mg
1/3
(Nb
z
Ta1‑
z
)
2/3
)O3+v wt％Sb2O3+w wt％MnO2，其中，x、y为摩尔比，0＜x≤0.3、0＜y≤0.4、0＜z≤0.8、0.2≤u≤0.8、0＜v≤0.4、0＜w≤0.2。2.一种如权利要求1所述的锆钛酸铅
‑
铌钽镁酸铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、球磨，按照化学计量称取各种原料混合球磨，得球磨料；S2、二次球磨，将所述球磨料烘干后进行预烧结，得预烧结粉料，将所述预烧结粉料进行二次球磨，得二次球磨料；S3、成型，将所述二次球磨料烘干后充分研磨，加入粘合剂进行研磨造粒，得造粒粉体，将所述造粒粉体压制成型后，进行排...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁忆，余洋，王海圣，许静玲，翁新全，柯银鸿，刘瑞林，
申请(专利权)人：厦门乃尔电子有限公司，
类型：发明
国别省市：