一种PZT-PNN-PSN-PMN压电陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术属于压电陶瓷技术领域，具体涉及一种PZT

【技术实现步骤摘要】
一种PZT
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PNN
‑
PSN
‑
PMN压电陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术属于压电陶瓷
，具体涉及一种PZT
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PNN
‑
PSN
‑
PMN压电陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]压电陶瓷具有良好的机械能和电能转换能力，广泛应用于超声传感、压电致动器、压电变电器等各个领域。随着电子器件的微型化、智能化发展，对压电陶瓷的性能提出了越来越高的要求，如高压电常数、高介电常数和高机电耦合系数等。为了满足上述要求，压电制动器和压电泵等电器通常采用叠层结构，然而叠层对压电陶瓷的压电常数和介电常数的要求更高。
[0003]现有技术中通常采用三元甚至四元压电陶瓷，虽然提高了压电陶瓷的压电常数，但是过多种类的金属掺杂，容易造成晶体缺陷或体积密度下降等问题，严重制约了三元或四元压电陶瓷的推广和应用。
[0004]有鉴于上述现有压电陶瓷存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发出一种PZT
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PNN
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PSN
‑
PMN压电陶瓷及其制备方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一个目的是提供一种PZT
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PNN
‑
PSN
‑
PMN压电陶瓷，通过在B位引入Ni的掺杂，使钙钛矿结构中出现三方相，形成三方相和四方相在准同形相界共存，形成三方相和四方相的耦合，提高了准同形相界的极化率，进而大幅提高了三元压电陶瓷的压电常数和介电常数。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0007]本专利技术提供的PZT
‑
PNN
‑
PSN
‑
PMN压电陶瓷，陶瓷粉末的分子式为Pb
0.92
Sr
0.08
(Zr
0.48
Ti
0.52
)
0.96
‑
x
(Ni
1/3
Nb
2/3
)
x
(Sb
1/2
Nb
1/2
)
0.03
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.01
O3，0.15＜x＜0.25。
[0008]进一步的，陶瓷粉末的分子式为Pb
0.92
Sr
0.08
(Zr
0.48
Ti
0.52
)
0.76
(Ni
1/3
Nb
2/3
)
0.2
(Sb
1/2
Nb
1/2
)
0.03
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.01
O3。陶瓷粉末的平均粒径为50μm。
[0009]本专利技术的第二个目的是提供一种PZT
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PNN
‑
PSN
‑
PMN压电陶瓷的制备方法，具有同样的技术效果。
[0010]本专利技术提供的一种PZT
‑
PNN
‑
PSN
‑
PMN压电陶瓷的制备方法，具体包括如下操作步骤：
[0011]具体包括如下操作步骤：
[0012]S1、将原料放入球磨机中球磨均匀得到混合粉末；
[0013]S2、将混合粉末压片后预烧结；
[0014]S3、对预烧结后的材料再次球磨；
[0015]S4、将再次球磨后的粉末与粘结剂搅拌均匀压片成型；
[0016]S5、排胶；
[0017]S6、烧结得到压电陶瓷。
[0018]进一步的，粘结剂是聚乙二醇。
[0019]进一步的，步骤S2中的预烧结温度为800～900℃。
[0020]进一步的，步骤S2中预烧结时间为180～300min。
[0021]进一步的，步骤S5中排胶的温度为500～600℃。
[0022]进一步的，步骤S6中的烧结温度为1200～1400℃。
[0023]进一步的，步骤S6中，烧结方式为先以5～7℃/min的升温速率，将烧结的温度升至1000℃；再以2℃/min的升温速率将烧结温度升至1200～1400℃；再以2℃/min的降温速率将温度降至1000℃，最后自然冷却。
[0024]进一步的，步骤S2中的预烧结的方式，先以V1的升温速率，将预烧结的温度升至800～900℃，保温时间为t1；再以V2的降温速率将温度降至400℃，最后自然冷却至室温；其中，V1的计算模型如下：
[0025][0026]其中，V1为预烧结的升温速率，单位为℃/min；
[0027]T为预烧结的保温温度，单位为℃；
[0028]t1为保温时间，单位是min；
[0029]t为预烧结从升温到冷却至室温的总时长，单位是min；
[0030]a为常数，是所述压电陶瓷中Ni、Mg的掺杂量与PNN和PMN中Nb的掺杂量的比值。
[0031]由于Mg和Ni的熔沸点比其他金属更低，在预烧结过程中，若升温速率过快，会导致Ni和Mg在未与其他金属掺杂前就逸出，一方面造成晶格缺陷，另一方面导致Ni和Mg的掺杂量减小，压电陶瓷中的三方相较少，难以与四方相耦合，无法达到提高压电常数和介电常数的目的；若预烧结的升温速率过低，则会导致金属之间的掺杂性能差，造成晶粒尺寸不均匀，体积密度降低，同样影响压电陶瓷的电学性能。
[0032]本专利技术中，采用压电陶瓷中Ni和Mg的掺杂量与PNN和PMN中高熔沸点的Nb的掺杂量同时对升温速率进行控制，精确计算出最为合适的升温速率，使Ni和Mg在挥发前就与其他金属形成掺杂，进而牢牢锁住Ni和Mg，既保证了预烧结过程中金属掺杂的有效性，又避免了由于温度过高而导致的Ni和Mg的流失。
[0033]进一步的，V2的计算模型为：V1·
a＝V2。
[0034]本专利技术中，采用上述公式对降温速率进行控制，与自然冷却相比，给体系一个温度骤降的过程，进一步保证了晶粒的尺寸均匀，同时避免气孔率过高。
[0035]进一步的，在步骤S6中，烧结的保温时间为：
[0036][0037]其中，S1为步骤S6中烧结的保温时间，单位为min；
[0038]S为步骤S6中烧结过程从升温直至降温至室温的时间总长度，单位为min；
[0039]T1为步骤S6中保温的温度，单位为℃；
[0040]V3为步骤S6中烧结温度升至1000℃的升温速率；b为常数，是压电陶瓷中Sr、Ni、Mg
的总掺量与Nb的总掺量的比值。
[0041]在烧结过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PZT
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PNN
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PSN
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PMN压电陶瓷，其特征在于，所述陶瓷粉末的分子式为Pb
0.92
Sr
0.08
(Zr
0.48
Ti
0.52
)
0.96
‑
x
(Ni
1/3
Nb
2/3
)
x
(Sb
1/2
Nb
1/2
)
0.03
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.01
O3，0.15＜x＜0.25。2.前述的PZT
‑
PNN
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PSN
‑
PMN压电陶瓷的制备方法，其特征在于，以Pb3O4、SrCO3、NiO、Nb2O5、Sb2O3、MgO、ZrO2和TiO2为原料，通过球磨工艺研磨混匀粉体，过筛后烧结得到，其中各组分配比按照Pb
0.92
Sr
0.08
(Zr
0.48
Ti
0.52
)
0.96
‑
x
(Ni
1/3
Nb
2/3
)
x
(Sb
1/2
Nb
1/2
)
0.03
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.01
O3，0.15＜x＜0.25称量。3.根据权利要求2所述的一种PZT
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PNN
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PSN
‑
PMN压电陶瓷的制备方法，其特征在于，具体包括如下操作步骤：S1、将原料放入球磨机中球磨均匀得到混合粉末；S2、将混合粉末压片后预烧结；S3、对预烧结后的材料再次球磨；S4、将再次球磨后的粉末与粘结剂搅拌均匀压片成型；S5、排胶；S6、烧结得到所述压电陶瓷。4.根据权利要求3所述的一种PZT
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PNN
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PSN
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PMN压电陶瓷的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢远豪，廖文湧，何兴晨，李涛，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：