用于大功率场景的锆钛酸铅基压电陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种用于大功率场景的锆钛酸铅基压电陶瓷及其制备方法，涉及压电陶瓷及其制备技术领域。本发明专利技术包括：按照化学计量比称量粉体原料，放入湿式行星球磨进行处理得到陶瓷粉体；先向一部分的所述陶瓷粉体中加入粘结剂进行造粒再进行陈化，之后压制成生坯，再对生坯进行升温排塑，得到陶瓷坯体；将所述陶瓷坯体放入高温炉中，并利用所述陶瓷粉体覆盖所述陶瓷坯体，之后进行烧结得到陶瓷片；对所述陶瓷片进行加工，之后进行极化，得到所述锆钛酸铅基压电陶瓷。从而进一步提高了基于PMS

【技术实现步骤摘要】
用于大功率场景的锆钛酸铅基压电陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及压电陶瓷及其制备
，尤其涉及一种用于大功率场景的锆钛酸铅基压电陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]压电陶瓷因晶体结构有极轴且不具有中心对称性，在机械力作用下可发生形变而引起总电矩变化，可实现电能与机械能的相互转化，已成为众多器件的核心，如传感器、超声电机、水下换能器等其他大功率器件，并广泛应用于电子通讯、医疗设备、航空航天等领域。并且，压电陶瓷较压电单晶成本低廉、性能可调性强、化学稳定性强及制备工艺简单等特点，易于加工成各种形状，因此备受市场青睐，也拥有非常广阔的应用前景。
[0003]在目前的研究中，压电陶瓷一般分为“软性”和“硬性”两大类，“软性”压电陶瓷具有较高的压电系数d
33
，较大的介电常数ε
r
，和较高的机电耦合系数k
p
，主要应用于传感器、医学成像、滤波器等，但其低的机械品质因数Qm与高的介电损耗tanδ使其材料在工作时产生大量的热，使其不适用于大功率器件的应用。但是“硬性”压电陶瓷具有较高的Qm和低的tanδ，已成为大功率器件的主力军，不仅在工业与民用领域应用普遍而且在军事与“高精尖”科技领域的应用无可替代，如在航天航空领域应用的超声波电机、在航海领域应用的大型声纳器，在生物医药领域应用的超声手术刀。
[0004]随着大功率器件向小型化、智能化发展，对“硬性”压电陶瓷的性能要求逐步提高。“硬性”大功率压电陶瓷不仅需要具有高的Qm、低的tanδ、大的k
p
而且还需要高的d
33
。因此，如何进一步改进基于PMS
‑
PZT的大功率压电陶瓷的性能，并寻求一种综合性能优异的大功率压电陶瓷，成为了需要研究的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的实施例提供一种用于大功率场景的锆钛酸铅基压电陶瓷及其制备方法，能够进一步提高基于PMS
‑
PZT的大功率压电陶瓷的综合性能，从而扩大这种类型的压电陶瓷材料在压电大功率应用场景中的应用范围。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：
[0007]第一方面，提供一种锆钛酸铅基压电陶瓷的制备方法，包括：
[0008]S1、按照化学计量比称量粉体原料，放入湿式行星球磨进行处理得到陶瓷粉体，所述粉体原料包括：PbO、SrCO3、ZrO2、TiO2、MnO2、ZnO、Sb2O3、Fe2O3、WO3、和CeO2粉体，所述化学计量比为：0.9Pb
0.95
Sr
0.05
Zr
0.52
Ti
0.48
O3‑
(0.1
‑
x)PbMn
1/3
Sb
2/3
O3‑
xPbFe
2/3
W
1/3
O3+0.1％molGeO2，x为调整参数；
[0009]S2、先向一部分的所述陶瓷粉体中加入粘结剂进行造粒再进行陈化，之后压制成生坯，再对生坯进行升温排塑，得到陶瓷坯体；
[0010]S3、将所述陶瓷坯体放入高温炉中，并利用所述陶瓷粉体覆盖所述陶瓷坯体，之后进行烧结得到陶瓷片；
[0011]S4、对所述陶瓷片进行加工，之后进行极化，得到所述锆钛酸铅基压电陶瓷，其中，加工的过程中包括烧银环节，且在烧银环节中以700～800℃保温60分钟以下，进行极化的条件包括：温度维持100～140℃，且电压维持4～6kV/mm，极化时间持续15～30分钟。
[0012]第二方面，提供一种锆钛酸铅基压电陶瓷，该锆钛酸铅基压电陶瓷采用上述制备方法制备得到。
[0013]本专利技术实施例提供的用于大功率场景的锆钛酸铅基压电陶瓷及其制备方法，设计并改进了一种故具有高Qm(≥1000)、低tanδ(≤0.8％)、高d
33
(≥260)、高k
p
(≥40％)的Pb(Mn
1/3
Sb
2/3
)O3‑
Pb(Zr
,
Ti)O3(PMS
‑
PZT)大功率压电陶瓷材料，进一步提高压电陶瓷材料的竞争力，并设计了其制备方法的材料，从而进一步提高了基于PMS
‑
PZT的大功率压电陶瓷的综合性能，提高了这种类型的压电陶瓷材料在压电大功率应用场景中的应用范围。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0015]图1中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别为压电陶瓷0.9Pb
0.95
Sr
0.05
Zr
0.52
Ti
0.48
O3‑
(0.1
‑
x)PbMn
1/3
Sb
2/3
O3‑
xPbFe
2/3
W
1/3
O3+0.1％molGeO2(x＝0,0.02,0.04,0.05,0.06)的扫描电镜图；
[0016]图2中的(a)为压电陶瓷0.9Pb
0.95
Sr
0.05
Zr
0.52
Ti
0.48
O3‑
(0.1
‑
x)PbMn
1/3
Sb
2/3
O3‑
xPbFe
2/3
W
1/3
O3+0.1％molGeO2(x＝0,0.02,0.04,0.06,0.08)的X射线衍射图，(b)为(a)的局部放大图；
[0017]图3为压电陶瓷0.9Pb
0.95
Sr
0.05
Zr
0.52
Ti
0.48
O3‑
(0.1
‑
x)PbMn
1/3
Sb
2/3
O3‑
xPbFe
2/3
W
1/3
O3+0.1％molGeO2(x＝0,0.02,0.04,0.06,0.08)的压电系数d
33
、机电品质因数Qm、机电耦合系数k
p
的曲线图；
[0018]图4为压电陶瓷0.9Pb
0.95
Sr
0.05
Zr
0.52
Ti
0.48
O3‑
(0.1
‑
x)PbMn
1/3
Sb
2/3
O3‑
xPbFe
2/3...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于大功率场景的锆钛酸铅基压电陶瓷及其制备方法，其特征在于，包括：S1、按照化学计量比称量粉体原料，放入湿式行星球磨进行处理得到陶瓷粉体，所述粉体原料包括：PbO、SrCO3、ZrO2、TiO2、MnO2、ZnO、Sb2O3、Fe2O3、WO3和CeO2粉体，所述化学计量比为：0.9Pb
0.95
Sr
0.05
Zr
0.52
Ti
0.48
O3‑
(0.1
‑
x)PbMn
1/3
Sb
2/3
O3‑
xPbFe
2/3
W
1/3
O3+0.1％molGeO2，x为调整参数；S2、先向一部分的所述陶瓷粉体中加入粘结剂进行造粒再进行陈化，之后压制成生坯，再对生坯进行升温排塑，得到陶瓷坯体；S3、将所述陶瓷坯体放入高温炉中，并利用所述陶瓷粉体覆盖所述陶瓷坯体，之后进行烧结得到陶瓷片；S4、对所述陶瓷片进行加工，之后进行极化，得到所述锆钛酸铅基压电陶瓷，其中，加工的过程中包括烧银，且在烧银工艺以700～800℃保温60分钟以下，进行极化的条件包括：温度维持100～140℃，且电压维持4～6kV/mm，极化时间持续15～30分钟。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在S1中，所述放入湿式行星球磨进行处理得到陶瓷粉体，包括：在湿式行星球磨中，按照预设的质量比，先进行混料之后再按照预设的合成条件进行合成，所述预设的质量比包括：原料、球磨介质和水的比例为1：a：b，其中，a的取值范围为1.2～1.8，b的取值范围为0.5～0.9，球磨介质为玛瑙球，混料的持续时间为2～6小时；所述预设的合成条件，包括：在600～900℃保温合成2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨颖，乔培鑫，王一平，潘志泳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：