一种铌镁酸铅-锆钛酸铅基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铌镁酸铅

【技术实现步骤摘要】
一种铌镁酸铅
‑
锆钛酸铅基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
，尤其是涉及一种铌镁酸铅
‑
锆钛酸铅基压电陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]压电陶瓷是一种可以实现机械能与电能相互转换的功能陶瓷材料，其独特的介电、铁电、压电与热释电性能，被广泛应用于医用超声换能器(医疗成像)、水声换能器(声呐)、各类传感器(如加速度计、磁电传感器等)、驱动器(扫描探针技术等)等器件中，是现代工业体系中不可或缺的一部分。
[0003]钙钛矿铁电材料由于具有较高的压电性能、较好的机电耦合系数，自面世以来就受到广泛关注。在这其中，综合性能优异且易于生产的锆钛酸铅(PZT)基压电陶瓷一经问世便引起了人们的关注并被工业化大规模生产。但是PZT压电陶瓷烧结温度较高且居里温度较低，为了弥补PZT压电陶瓷的缺陷，介电性能优异且烧结温度较低的PMN组元被加入到PZT压电陶瓷中，制成了三元压电陶瓷铌镁酸铅
‑
锆钛酸铅(PMN
‑
PZT)，相比PZT压电陶瓷，PMN
‑
PZT压电陶瓷的介电性能、压电性能更为优异，且烧结温度较低易于大规模工业化生产，还具有较高的居里温度使得其的应用范围更为广泛。但是，PMN
‑
PZT陶瓷在应用上面临两个问题：
①
高压电活性与高居里温度不可兼得；
②
高压电活性与高机械品质因数不可兼得。尽管工业上可以选择性地采用特定物性参数的压电陶瓷来满足实际需求，但这一定程度上也限制压电器件在更复杂环境、实现更高性能指标的能力。
[0004]因此，如何制备出一种高压电活性和高机械品质因数兼备的压电陶瓷，成为了扩展压电器件应用范围、适应更复杂使用环境的重中之重。异价掺杂形成固溶体是调控铌镁酸铅
‑
锆钛酸铅压电陶瓷电学性能的有效方法之一。硬性掺杂致使氧空位增多，形成内偏场，抑制铁电畴的翻转，产生“钉扎效应”，但以牺牲材料的压电、介电性能为代价提升机电性能；软掺杂则造成铅空位增多，易于捕获空穴，致使铁电畴更容易翻转，使铁电体变“软”，进而提升材料的压电活性，但其机械品质因数则有所下降。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种铌镁酸铅
‑
锆钛酸铅基压电陶瓷材料及其制备方法。本专利技术制备的铌镁酸铅
‑
锆钛酸铅
‑
碳酸锰压电陶瓷，压电系数d33可达530pC/N，机械品质因数Qm可达624。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种铌镁酸铅
‑
锆钛酸铅基压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料的通式如下：
[0008]Pb
0.92
Sr
0.06
Ba
0.02
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.25
Ti
0.40
Zr
0.35
O3‑
xwt％MnCO3[0009]其中0.0＜x≤1.0。
[0010]一种铌镁酸铅
‑
锆钛酸铅基压电陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)制备MgNb2O6前驱体：按MgNb2O6的化学计量比称取MgO与Nb2O5混合得到球磨物
料后，加水球磨、烘干后，煅烧制得MgNb2O6前驱体；
[0012](2)制备基体材料Pb
0.92
Sr
0.06
Ba
0.02
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.25
Ti
0.40
Zr
0.35
O3：按照Pb
0.92
Sr
0.06
Ba
0.02
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.25
Ti
0.40
Zr
0.35
O3计量比，称取MgNb2O6与PbO、BaCO3、SrCO3、TiO2、ZrO2，混合得球磨物料后，加水球磨、烘干，烧结，制得基体材料Pb
0.92
Sr
0.06
Ba
0.02
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.25
Ti
0.40
Zr
0.35
O3即基体材料PMN
‑
PZT；
[0013](3)制备粉料：按照Pb
0.92
Sr
0.06
Ba
0.02
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.25
Ti
0.40
Zr
0.35
O3‑
xwt％MnCO3计量比，称取步骤(2)所得基体材料Pb
0.92
Sr
0.06
Ba
0.02
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.25
Ti
0.40
Zr
0.35
O3与MnCO3混合得到球磨物料后，加水球磨、烘干，制得粉料；
[0014](4)制备坯体：向步骤(3)制得的粉料中加入聚乙烯醇溶液，混匀后制成坯体；
[0015](5)制备压电陶瓷材料：将步骤(4)所得坯体置于马弗炉中排胶、烧结，即得铌镁酸铅
‑
锆锆钛酸铅基压电陶瓷材料。
[0016]进一步地，步骤(1)中，所述MgO的平均粒径为50nm，熔点为350℃；所述Nb2O5的平均粒径为50nm，熔点为1520℃。
[0017]进一步地，步骤(1)、(2)中，所述球磨的速度为200～300r/min，时间为12～24h，球磨物料、研磨球与水的质量比为1：2：1.5；所述烘干的温度为60～80℃，时间为10～12h。
[0018]进一步地，步骤(1)中，所述煅烧是以3～5℃/min升温至1100～1200℃后，保温4～5h。
[0019]进一步地，步骤(2)中，所述TiO2为锐钛矿相。
[0020]进一步地，步骤(2)中，所述烧结是以3～5℃/min升温至1250～1300℃，保温2～3h。
[0021]进一步地，步骤(3)中，所述MnCO3的纯度≥99％；所述球磨的速度为200～300r/min，时间为12～24h，球磨物料、研磨球与水的质量比为1：2：1.5；所述烘干的温度为80～100℃，时间为10～12h。
[0022]进一步地，步骤(4)中，所述聚乙烯醇溶液的浓度为5～10wt％；所述聚乙烯醇溶液与粉料的质量比为(1：9)～(2：8)；所述坯体的制备过程为：将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铌镁酸铅
‑
锆钛酸铅基压电陶瓷材料，其特征在于，所述压电陶瓷材料的通式如下：Pb
0.92
Sr
0.06
Ba
0.02
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.25
Ti
0.40
Zr
0.35
O3‑
xwt％MnCO3其中0.0＜x≤1.0。2.一种铌镁酸铅
‑
锆钛酸铅基压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)制备MgNb2O6前驱体：按MgNb2O6的化学计量比称取MgO与Nb2O5混合得到球磨物料后，加水球磨、烘干后，煅烧制得MgNb2O6前驱体；(2)制备基体材料Pb
0.92
Sr
0.06
Ba
0.02
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.25
Ti
0.40
Zr
0.35
O3：按照Pb
0.92
Sr
0.06
Ba
0.02
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.25
Ti
0.40
Zr
0.35
O3计量比，称取MgNb2O6与PbO、BaCO3、SrCO3、TiO2、ZrO2，混合得球磨物料后，加水球磨、烘干，烧结，制得基体材料Pb
0.92
Sr
0.06
Ba
0.02
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.25
Ti
0.40
Zr
0.35
O3；(3)制备粉料：按照Pb
0.92
Sr
0.06
Ba
0.02
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.25
Ti
0.40

【专利技术属性】
技术研发人员：汪尧进，李响，王书豪，王佳佳，游浩然，丁冠中，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：