一种压电陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种压电陶瓷材料及其制备方法，压电陶瓷材料的化学计量通式为，Pb1‑

【技术实现步骤摘要】
一种压电陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及压电陶瓷的
，尤其是涉及一种压电陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]压电陶瓷材料是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，其最早于100多年前被科学家所发现，经过不断的探索研究，压电陶瓷材料现已在国防建设、航空航天、生物医药和海洋测量等高新
有广泛的应用。随着微电子技术的快速发展，无论是生活需求还是工业生产需求，都对压电陶瓷材料的综合性能提出了更高的要求，具有高介电常数、高压电系数、高电致应变以及低介电损耗等特征的压电陶瓷材料，成为了多层压电陶瓷驱动器、医用超声诊断仪等器件的首选材料。
[0003]在众多的压电陶瓷材料中，锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷是常用的压电材料，现有的多层压电陶瓷驱动器以PZT
‑
5H为主，Φ10
×
1mm元件的压电常数d
33
≤650pC/N，介电常数ε
T33
≤4100，介电损耗tanδ=1.8%，在1kV下的电致应变≤0.07%。如需进一步提高其压电常数、介电常数以及电致应变，并减小压电陶瓷材料的介电损耗，多层压电陶瓷驱动器的性能指标将有进一步的提升空间。
[0004]在医用超声诊断领域中，授权公告号为CN1329339C的中国专利公开了一种细晶、高介电常数压电陶瓷材料，其组分为：Pb1‑
m
Sr
m
(Mg
1/3
Nb
2/3
)
x
>Ti
y
Zr
z
O3+awt%NiO+bwt%SiO2+cwt%La2O3+dwt%Sm2O3。虽然上述压电陶瓷材料的介电常数ε
T33
≥6000、压电常数d
33
≥850pC/N、晶粒尺寸为1~4μm，但是其介电损耗tanδ≥2.3%，这会导致器件在工作时发热，从而迫使器件的性能恶化、甚至失效。为此，公开号为CN114605150A的中国专利公开了一种高密度、低损耗及高介电常数压电陶瓷，其化学通式为：Pb
x
Ca
e
Sb
y
La1‑
e
‑
x
‑
y
(Zr
w
Ti
v
Nb1‑
w
‑
v
)O3+m%Cr2O3+n%PbO。虽然上述压电陶瓷的介电损耗tanδ≤1.2%、介电常数ε
T33
≥5600，但是根据钙钛矿的晶体结构特征及各元素的占位特点，当y≠0时，理论上不满足A/B位的元素平衡，因此难以在工业上大批量制造应用上述压电陶瓷。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种压电陶瓷材料，其基于现有的锆钛酸铅
‑
铌镁酸铅研究体系，对多种元素进行协同掺杂和改性，得到了具有高电致应变、高介电常数和低介电损耗的材料。
[0006]本专利技术的第二个目的在于提供一种压电陶瓷材料及其制备方法，其通过一步合成方法，并辅以先进的生产工艺，达到了制备得到具有优异电学性能和高致密度的压电陶瓷材料的目的，满足其在多层压电陶瓷驱动器、医用超声诊断仪中应用的技术指标。
[0007]为实现上述第一个目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料的化学计量通式为，Pb1‑
m
‑
n
Sr
m
Ba
n
[(Mg
1/3
Nb
2/3
)
x
(Ni
1/3
Nb
2/3
)
y
(Zr
z
Ti1‑
z
)1‑
x
‑
y
]O3+amol%Sm2O3+bmol%Nb2O5；其中，m=0.02~0.10，n=0~0.05，x=0.15~0.25，y=0~0.05，z=0.45~0.55，a=0~1.20，b=0~0.40。
[0008]通过采用上述技术方案，进一步地，所述化学计量通式中，m=0.02、0.08、0.09或0.10，n=0、0.01或0.05，x=0.15、0.20或0.25，y=0、0.02或0.05，z=0.45、0.48、0.495或0.55，a=0、0.25、0.50或1.20，b=0、0.10、0.20、0.25或0.40。
[0009]更进一步地，所述压电陶瓷材料的化学计量通式为，Pb
0.90
Sr
0.09
Ba
0.01
[(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.25
(Zr
0.495
Ti
0.505
)
0.75
]O3+0.50mol%Sm2O3+0.10mol%Nb2O5。
[0010]或者，所述压电陶瓷材料的化学计量通式为，Pb
0.92
Sr
0.08
[(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.25
(Ni
1/3
Nb
2/3
)
0.05
(Zr
0.495
Ti
0.505
)
0.70
]O3+0.50mol%Sm2O3+0.40mol%Nb2O5。
[0011]或者，所述压电陶瓷材料的化学计量通式为，Pb
0.91
Sr
0.08
Ba
0.01
[(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.20
(Ni
1/3
Nb
2/3
)
0.05
(Zr
0.48
Ti
0.52
)
0.75
]O3+0.25mol%Sm2O3+0.20mol%Nb2O5。
[0012]或者，所述压电陶瓷材料的化学计量通式为，Pb
0.91
Sr
0.09
[(Mg
1/3
Nb
2/3
)
0.20
(Ni
1/3
Nb
2/3
)
0.02
(Zr
0.48
Ti
0.52
)
0.78
]O3+0.25mol%Sm2O3+0.25mol%Nb2O5。
[0013]为实现上述第二个目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种压电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤，S1将原料Pb3O4、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Ni2O3、MgO、Sm2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电陶瓷材料，其特征在于：所述压电陶瓷材料的化学计量通式为，Pb1‑
m
‑
n
Sr
m
Ba
n
[(Mg
1/3
Nb
2/3
)
x
(Ni
1/3
Nb
2/3
)
y
(Zr
z
Ti1‑
z
)1‑
x
‑
y
]O3+amol%Sm2O3+bmol%Nb2O5；其中，m=0.02~0.10，n=0~0.05，x=0.15~0.25，y=0~0.05，z=0.45~0.55，a=0~1.20，b=0~0.40。2.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷材料，其特征在于：所述化学计量通式中，m=0.02、0.08、0.09或0.10，n=0、0.01或0.05，x=0.15、0.20或0.25，y=0、0.02或0.05，z=0.45、0.48、0.495或0.55，a=0、0.25、0.50或1.20，b=0、0.10、0.20、0.25或0.40。3.根据权利要求1~2任一所述的一种压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：S1将原料Pb3O4、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Ni2O3、MgO、Sm2O3、SrCO3、BaCO3，按所述化学计量通式称重后，依次经过湿法球磨混料和烘干处理，得到球磨粉料；S2向所述球磨粉料中加入占总重5%的水，混匀压制后，进行高温合成反应，反应结束后经后处理，得到反应粉料；S3将所述反应粉料经过湿法球磨处理后，投入聚乙烯醇粘结剂、分散剂和消泡剂，并充分搅拌混匀，再经喷雾干燥，得到压电陶瓷粉料；S4将所述压电陶瓷粉料依次经过低压压制和等静水压成型处理，再经过高温排塑，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：项光磊，汪跃群，高亮，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：