一种压电陶瓷及其制备方法和应用技术

一种压电陶瓷及其制备方法和应用，其主要涉及压电陶瓷领域。该方法不同于传统烧结工艺的两步烧结工艺，通过有效控制烧结温度和保温时间的变化以及原材料的配方，实现无铅压电陶瓷的致密化烧结，从而使压电陶瓷的压电性能变得更加稳定优良；本申请的压电陶瓷具有较高的压电性能、致密度以及机械性能，同时还具备环境友好性，并且其可以以多种成型方式加工成不同规格形状的压电陶瓷，故其具有良好的工艺先进性，拓宽了压电陶瓷的应用形态；本发明专利技术提供的压电陶瓷应用前景广阔，可应用于激光显示领域的光纤扫描器上被配置为致动部，该致动部利用压电陶瓷的逆压电效应，来控制致动部上的光纤进行振动扫描，从而实现激光扫描成像。从而实现激光扫描成像。从而实现激光扫描成像。

【技术实现步骤摘要】
一种压电陶瓷及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及压电陶瓷领域，具体而言，涉及一种压电陶瓷及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，压电陶瓷因其优异的铁电和压电性，被广泛应用在机械、电子工业等领域中。传统的锆钛酸铅(PZT)基压电陶瓷，具有优异的压电性能, 并且可以通过掺杂改性来调节器件性能以满足不同需求，是目前应用最为广泛的压电陶瓷。但是这些铅基压电陶瓷材料中氧化铅的含量占原材料总量的70％左右，在生产、使用及废弃后处理过程中都会给人类及生态环境带来严重的危害。近年来,世界各国都立法禁止使用含铅的电子材料，如欧洲议会通过的关于“电器和电子设备中限制有害物质”(WEEE)的法令，日本通过的《家用电子产品回收法案》,2006年我国信息产业部出台的《电子信息产品污染防治管理办法》，均严格限定了电子器件中铅等有害物质的含量。因此，研发可以取代铅基压电陶瓷的新型环境友好型无铅压电陶瓷材料已经成为全世界压电陶瓷领域的研发热点之一。
[0003]目前,无铅压电陶瓷主要可分为三种结构，即钙钛矿结构、钨青铜结构、铋层状结构。其中，钙钛矿结构压电陶瓷由于其优异的压电性能、制备工艺与传统铅基陶瓷工艺兼容等特点，成为目前研究最广泛的一类无铅压电陶瓷。常见的钙钛矿结构无铅压电陶瓷主要包括BT基、钛酸铋钠 (Bi
0.5
Na
0.5
TiO3，BNT)基和铌酸钾钠(K
0.5
Na
0.5
NbO3，KNN)基等体系。其中， BT压电陶瓷的居里温度较低(T
C
≈120℃)，并且烧结温度高(大约1350℃)，目前,更多地是由于其高介电性能的特点而应用于介质材料；BNT陶瓷由于在室温下矫顽场很大(Ec≈73kV/cm)、去极化温度较低(约为100℃)而被限制了进一步的应用；而KNN基无铅压电陶瓷由于其较高的压电性能和居里温度(T
C
≈410℃)，被认为是目前最有可能取代PZT基压电陶瓷的无铅压电陶瓷体系。
[0004]然而，现有的KNN基无铅压电陶瓷存在以下缺点：1.压电性能、致密度和材料稳定性较低；2.传统的KNN陶瓷应用与成型多为片状或者块状，这些形状具有脆性大、不能承受大的冲击、不能应用于弯曲平面，体积大，不易与基体结构集成或大面积使用等特点，在压电陶瓷器件应用的快速发展趋势中，越来越难以满足样品多样化和精密化的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种压电陶瓷，其具有良好的压电性能、机械性能、致密度以及材料稳定性。
[0006]本专利技术的另一目在于提供一种压电陶瓷的制备方法，其制备工艺简单，能耗少，其采用的两步烧结工艺不同于传统烧结工艺，可通过控制烧结温度和保温时间的变化，实现对压电陶瓷的致密化烧结，同时不需要热压烧结、等离子烧结等复杂的烧结设备，用普通的烧结炉即可实现烧结致密化，降低了设备成本，有利于进行工业化生产；另外，本专利技术的压电陶瓷制备方法减少了K、Na等碱金属元素在高温时的挥发，有利于配方化学计量比的稳定，减少杂相的产生，从而提高陶瓷的致密度和工艺稳定性；其可以以多种成型方式加工成
不同规格形状的压电陶瓷，故其具有良好的工艺先进性。
[0007]本专利技术的另一目的在于提供一种压电陶瓷的应用，其应用于激光显示
，其被配置为激光显示器件中的致动器。
[0008]本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。
[0009]本专利技术提出一种压电陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：
[0010]配料：选定原材料，按照化学式(0.96)[K
0.48
Na
0.52
Nb
0.95
Sb
0.05
O3]‑
0.04 [(Bi
0.5
K
0.5
)
0.9
(Li
0.5
Ce
0.5
)
0.1
Zr
(1
‑
x)
Hf
(x)
O3]进行计算和配料，得到第一原料；其中，所述x＝0.25～0.75；
[0011]球磨：对所述第一原料进行球磨处理，得到第一样品；
[0012]预烧：将所述第一样品在850
‑
950℃下保温6
‑
10h，得到第二样品；
[0013]成型：根据目标成型形态对所述第二样品进行成型加工，得到成型后的第三样品；
[0014]排胶：将所述第三样品在500
‑
950℃下保温进行排胶，得到第四样品；
[0015]烧结：对第四样品进行烧结，得到第五样品；
[0016]被银电极：在所述第五样品的表面刷银浆，再在500
‑
900℃的下保温10
‑
40min，得到第六样品；
[0017]高压极化：将所述第六样品置于20
‑
90℃的恒温环境下，施加2
‑
4kv的高压进行极化，保压时间为15
‑
30min。
[0018]可选地，在本专利技术较佳实施例当中，所述第三样品为压电陶瓷片；
[0019]所述压电陶瓷片的所述成型过程包括：将所述第二样品研磨后，依次进行造粒和压片，得到所述第三样品；
[0020]所述压电陶瓷片的所述烧结过程包括：将所述第四样品在1100
‑
1200℃下保温1
‑
15min后，降温至900
‑
1060℃，再保温3
‑
25h，得到第五样品；其中，在降温至900
‑
1060℃的过程中，所述降温速度为5
‑
20℃/min。
[0021]进一步地，在本专利技术较佳实施例当中，在对所述第二样品研磨后进行造粒时还加入了质量分数为5
‑
12％的粘结剂聚乙烯醇溶液。
[0022]可选地，在本专利技术较佳实施例当中，所述第三样品为压电陶瓷管；
[0023]所述压电陶瓷管的所述成型过程包括：向粉状的所述第二样品中分别加入粘接剂和塑化剂进行混料后，再进行挤塑成型；其中，所述第二样品、所述粘接剂和所述塑化剂的质量比为98～102：3～7：18～22；
[0024]所述压电陶瓷管的所述烧结过程包括：将所述第四样品在1140
‑
1200℃下保温1
‑
20min后，降温至900
‑
1040℃，再保温3
‑
25h，得到第五样品；其中，在降温至900
‑
1040℃的过程中，所述降温速度为5
‑
20℃/min。
[0025]进一步地，在本专利技术较佳实施例当中，所述粘接剂为聚乙烯醇水溶液，所述塑化剂为纤维素。
[0026]进一步地，在本专利技术较佳实施例当中，所述第二样品、所述粘接剂和所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电陶瓷的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：配料：选定原材料，按照化学式(0.96)[K
0.48
Na
0.52
Nb
0.95
Sb
0.05
O3]
‑
0.04[(Bi
0.5
K
0.5
)
0.9
(Li
0.5
Ce
0.5
)
0.1
Zr
(1
‑
x)
Hf
(x)
O3]进行计算和配料，得到第一原料；其中，所述x＝0.25～0.75；球磨：对所述第一原料进行球磨处理，得到第一样品；预烧：将所述第一样品在850
‑
950℃下保温6
‑
10h，得到第二样品；成型：根据目标成型形态对所述第二样品进行成型加工，得到成型后的第三样品；排胶：将所述第三样品在500
‑
950℃下保温进行排胶，得到第四样品；烧结：对第四样品进行烧结，得到第五样品；被银电极：在所述第五样品表面刷银浆，再在500
‑
900℃的下保温10
‑
40min，得到第六样品；高压极化：将所述第六样品置于20
‑
90℃的恒温环境下，施加2
‑
4kv的高压进行极化，保压时间为15
‑
30min。2.根据权利要求1所述的压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述第三样品为压电陶瓷片；所述压电陶瓷片的所述成型过程包括：将所述第二样品研磨后，依次进行造粒和压片，得到所述第三样品；所述压电陶瓷片的所述烧结过程包括：将所述第四样品在1100
‑
1200℃下保温1
‑
15min后，降温至900
‑
1060℃，再保温3
‑
25h，得到第五样品；其中，在降温至900
‑
1060℃的过程中，所述降温速度为5
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【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：成都理想境界科技有限公司，
类型：发明
国别省市：