一种低温制备的高性能PZT基多元改性压电陶瓷制造技术

本发明专利技术公开了一种低温制备的高性能PZT基多元改性压电陶瓷材料及其制备方法，该压电陶瓷的通式为Pb1‑

【技术实现步骤摘要】
一种低温制备的高性能PZT基多元改性压电陶瓷


[0001]本专利
属于压电陶瓷材料领域，具体涉及一种低温制备的高性能PZT基多元改性压电陶瓷。

技术介绍

[0002]PZT是传统的压电陶瓷，具有良好的介电、铁电、压电、热释电、电卡等效应，其原料价格低廉，适于工厂化生产，对其多元改性可以得到适用于多种用途的陶瓷材料。多层压电陶瓷有交替陶瓷层和内部金属电极层。随着科学技术的高速发展，多层压电陶瓷得到了越来越广泛的研究，广泛应用于制动器、转换器、传感器。一般将Ag
‑
Pd电极用于多层陶瓷的内电极，其共烧温度范围为920～980℃。传统PZT压电陶瓷在约1200℃高温下烧结，因此内部电极不能在这么高的温度下使用Ag
‑
Pd电极，而Ag
‑
Pd电极层也会扩散到陶瓷层，导致陶瓷电学性能的恶化，从而影响多层器件的可靠性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，本专利技术的第一个目的是提供一种低温制备的高性能PZT基多元改性压电陶瓷材料配方，该压电陶瓷烧结温度低，并且兼具良好的压电性能；本专利技术的第二个目的是提供上述低温制备的高性能PZT基多元改性压电陶瓷的制备方法，以降低PZT基多元改性压电陶瓷的烧结温度，同时提高压电性能。
[0004]针对本专利技术的第一个专利技术目的，本专利技术提供一种低温制备的高性能PZT基多元改性压电陶瓷，该压电陶瓷的化学通式为Pb1‑
x
‑
y
Li
>x
Sr
y
(Sb
1/2
Nb
1/2
)
u
[(Ni,Zn)
1/3
Nb
2/3
]v
[(Cu,Mg,Yb)
1/2
W
1/2
]w
(Ti,Zr)1‑
u
‑
v
‑
w
O3表示，0.01≤x≤0.5，0≤y≤1.0,0.01≤u≤0.10,0.01≤v≤0.10,0.01≤w≤0.10。
[0005]针对本专利技术的第二个专利技术目的，通过在PZT基多元改性压电陶瓷中引入多种元素Li、Cu、W、Mg、Sb、Yb、Ni、Zn、Nb进入A或B位，在850～960℃的烧结温度下，制备得到兼具良好压电性能的PZT基多元改性压电陶瓷，具体工艺步骤如下：(1)PZT基多元改性陶瓷粉体的制备按照通式Pb1‑
x
‑
y
Li
x
Sr
y
(Sb
1/2
Nb
1/2
)
u
[(Ni,Zn)
1/3
Nb
2/3
]v
[(Cu,Mg,Yb)
1/2
W
1/2
]w
(Ti,Zr)1‑
u
‑
v
‑
w
O3表示，0.01≤x≤0.5，0≤y≤1.0,0.01≤u≤0.10,0.01≤v≤0.10,0.01≤w≤0.10，计算称量各原料，将各原料通过球磨破碎并混合均匀后，在750～850℃下保温2～4h，保温结束后冷却至室温并再次球磨破碎，得到PZT基多元改性陶瓷粉体；(2)造粒压片向步骤(1)所得PZT基多元改性陶瓷粉体中加入5～10wt％的聚乙烯醇溶液进行造粒，然后将所得粒料压制成片，得到PZT基多元改性陶瓷片；(3)排胶烧结将步骤(2)所得PZT基多元改性陶瓷片排胶后在850～950℃下保温烧结2～4h，得到烧结PZT基多元改性压电陶瓷片；
(4)极化将步骤(3)所得得到烧结PZT基多元改性压电陶瓷圆片表面涂覆5～15wt％的银浆后，在650～750℃下保温烧结10～20min，保温结束后冷却至室温，然后在硅油中进行极化，得到高性能PZT基多元改性压电陶瓷。
[0006]上述方法中，步骤(1)中两次球磨的具体工艺优选为：以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以100～450rmp的转速球磨10～24h，球磨后进行干燥。所述干燥可以是在烤灯下烘烤2～3小时。
[0007]上述方法中，将所得粒料压制成片的具体工艺优选为：在10～20MPa的压力下压制成直径约为10～15mm，厚度约为0.8～1.2mm的高性能PZT基多元改性压电陶瓷片。
[0008]上述方法中，步骤(2)中所述聚乙烯醇溶液的浓度为最好为5～10wt％。
[0009]上述方法中，步骤(3)中排胶的具体工艺优选为：将步骤(2)所得PZT基多元改性陶瓷片在450～550℃下保温4～10h。
[0010]上述方法中，步骤(4)中在硅油中进行极化的具体工艺为：在60～120℃的硅油中，极化场强为2～5kV/mm条件下保持电场强度15～30min。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0011]1、本专利技术提供的高性能PZT基多元改性压电陶瓷，烧结温度低，为850～950℃并具有良好的压电性能，d
33
高达623pC/N，在室温下利用安捷伦4294A精密阻抗仪在1kHz的频率下测得介电损耗不大于千分之三，且居里温度大于290℃，如图3所示。
[0012]2、本专利技术提供的低温制备的高性能PZT基多元改性压电陶瓷，其物相为纯钙钛矿相，如图1所示，加入的Li、Cu、W、Mg、Sb、Yb、Ni、Zn、Nb元素提高了烧结活性降低了烧结温度使晶粒致密均匀且生长充分，致密。
附图说明
[0013]图1是实施例1～5制备得到的压电陶瓷材料的X射线衍射(XRD)图谱。
[0014]图2是实施例1～5制备得到的压电陶瓷材料的压电性能图。
[0015]图3是实施例1～5制备得到的压电陶瓷材料的介电常数随温度的变化。
[0016]图4是实施例4制备得到的压电陶瓷材料的电声器件示意图。
具体实施方式
[0017]下面通过具体实施方式对本专利技术所述低温制备的高性能PZT基多元改性压电陶瓷作进一步说明。
[0018]实施例1(1)PZT基多元改性陶瓷粉体的制备按照通式Pb1‑
x
‑
y
Li
x
Sr
y
(Sb
1/2
Nb
1/2
)
u
[(Ni,Zn)
1/3
Nb
2/3
]v
[(Cu,Mg,Yb)
1/2
W
1/2
]w
(Ti,Zr)1‑
u
‑
v
‑
w
O3，(x＝0.01,y＝0,u＝0.01,v＝0.01,w＝0.01)计算称量各原料，以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温制备的高性能PZT基多元改性压电陶瓷，其特征在于该压电陶瓷的化学通式为Pb1‑
x
‑
y
Li
x
Sr
y
(Sb
1/2
Nb
1/2
)
u
[(Ni,Zn)
1/3
Nb
2/3
]
v
[(Cu,Mg,Yb)
1/2
W
1/2
]
w
(Ti,Zr)1‑
u
‑
v
‑
w
O3表示，0.01≤x≤0.5，0≤y≤1.0,0.01≤u≤0.10,0.01≤v≤0.10,0.01≤w≤0.10。2.权利要求1所述低温制备的高性能PZT基多元改性压电陶瓷的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：(1)PZT改性陶瓷粉体的制备按照通式Pb1‑
x
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y
Li
x
Sr
y
(Sb
1/2
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1/2
)
u
[(Ni,Zn)
1/3
Nb
2/3
]
v
[(Cu,Mg,Yb)
1/2
W
1/2
]
w
(Ti,Zr)1‑
u
‑
v
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w
O3表示，0.01≤x≤0.5，0≤y≤1.0,0.01≤u≤0.10,0.01≤v≤0.10,0.01≤w≤0.10，计算称量各原料，将各原料通过球磨破碎并混合均匀后，在750～850℃下保温2～4h，保温结束后冷却至室温并再次球磨破碎，得到PZT改性陶瓷粉体；(2)造粒压片向步骤(1)所得PZT改性陶瓷粉体中加入聚乙烯醇溶液进行造粒，然后将所得粒料压制成片，得到PZT改性陶瓷片；(3)排胶烧结将步骤(2)所得PZT改性陶瓷片排胶后在850～960...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪，陈浩，朱建国，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：