本发明专利技术涉及温度不敏感型压电陶瓷技术领域，特别是指一种温度不敏感型压电陶瓷及其制备方法和应用，其化学组成为0.32PbTiO<subgt;3</subgt;‑xBi<subgt;0.5</subgt;K<subgt;0.5</subgt;TiO<subgt;3</subgt;‑(0.68‑x)PbZrO<subgt;3</subgt;(0.13≤x≤0.17)。本发明专利技术所述压电陶瓷的具有较高的居里温度点及较小的介电损耗，压电性能在宽温区内能得以保持，这极大地提高了在实际应用过程中的使用范围。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及温度不敏感型压电陶瓷，特别是指一种温度不敏感型压电陶瓷及其制备方法和应用。
技术介绍
1、在过去的几十年里，对具有电能和机械能可以相互转换功能的机电设备的需求急剧增长，特别是在航空航天和汽车工业中，压电材料更是机电设备的核心，其相对严苛的工作环境，例如，高功率的负载和较宽的工作温区，对压电陶瓷提出了更高的要求。因此设计并制备具有良好压电性和热稳定性的压电陶瓷迫在眉睫。
2、压电致动器的适用范围与材料的压电应变特性有关。温度稳定性是衡量致动器在高温环境下降低或失去压电性能的最重要的优劣指标。目前普遍接受的实现高压电系数的方法是在固溶体铁电体系中构建准同型相界(mpb)，但由于mpb的铁电相变，其温度稳定性较差。通过设计电场诱导相变、畴壁运动和点缺陷，在铅基和无铅体系中已经报道了高应变，然而这些材料存在较大的应变迟滞和较差的热稳定性。目前，设计温度稳定性良好、温度使用范围宽的高性能铁电材料仍存在困难，也是高性能压电致动器在高温下的应用长期受阻的原因之一。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是应用于致动器的压电陶瓷高性能温区较窄，因此提供一种温度不敏感型压电陶瓷及其制备方法和应用。本专利技术的温度不敏感型压电陶瓷具有较高的居里温度点及较小的介电损耗，其压电性能在宽温区内能得以保持，这极大地提高了在实际应用过程中的使用范围，尤其适用于致动器。在优选x＝0.15时，室温d33可达到425pc/n，在3kv/mm的电场下，d33*高达682pm/v。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
3、第一方面，提供一种温度不敏感型压电陶瓷，其化学组成为0.32pbtio3-xbi0.5k0.5tio3-(0.68-x)pbzro3(0.13≤x≤0.17)。
4、本专利技术的温度不敏感型压电陶瓷，相比于现有的其他压电材料，此成分具有优异的压电性能，压电系数大，且在300℃以内较宽的温度区间内表现出良好的温度稳定性，满足对高压电响应、高温耐受性压电致动器的需求。
5、优选地，0.14≤x≤0.16。
6、更优选地，x＝0.15。该优选方案中，室温d33可达到425pc/n，在3kv/mm的电场下，d33*高达682pm/v。
7、第二方面，提供第一方面所述的温度不敏感型压电陶瓷0.32pt-xbkt-(0.68-x)pz的制备方法。
8、其中，优选地，具体包括以下步骤：
9、s1、按照化学计量比称取bi2o3、pb2o3、k2co3、zro2、tio2倒入球磨罐中，加入有机溶剂(如乙醇)进行球磨；
10、s2、将球磨后的混合物进行烘干、研磨、煅烧；
11、s3、称取煅烧后的粉末，滴加粘结剂进行研磨、造粒，并将其压制成生胚；
12、s4、将生胚(优选放入马弗炉中)进行排胶、烧结。所得陶瓷为一种利用逆压电效应的用于致动器的温度不敏感压电陶瓷。
13、其中，优选地，s1中所述球磨的时间为4-8h，球磨的转速为300-500rpm，其更利于混合均匀。
14、其中，优选地，s2中所述煅烧的条件包括：温度为800-900℃，时间为1-2h，在此条件下，初始反应粉末能够充分进行反应，并获得良好的结晶状态。
15、其中，优选地，s2中所述研磨的时间为1-1.5h。
16、其中，优选地，s3中所述粘结剂为3-7wt％聚乙烯醇溶液、更优选5wt％聚乙烯醇溶液。聚乙烯醇溶液的溶剂为水。
17、优选地，粘结剂与s2煅烧后得到的粉末样品的用量质量比为1:5-15，其更利于生粉与粘结剂之间均匀混合。
18、其中，优选地，s4中所述的排胶条件包括：温度为500-600℃，时间为2-3h，其能利于使粘结剂得到充分挥发。进一步优选地，s4中所述的排胶中升温速率为3-5℃/min。
19、其中，优选地，s4中所述的烧结条件包括：温度为1100-1300℃，时间为1-2h，在此烧结条件下，生胚具有优良的成瓷效果。进一步优选地，s4中所述的烧结中升温速率为3-5℃/min。
20、第三方面，提供第一方面所述的温度不敏感型压电陶瓷在致动器中的应用。本专利技术的温度不敏感型压电陶瓷具有优异的压电性能，压电系数大，且在300℃以内较宽的温度区间内表现出良好的温度稳定性，满足对高压电响应、高温耐受性压电致动器的需求。
21、本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：
22、本专利技术的温度不敏感型压电陶瓷，通过采用特定化学组成0.32pbtio3-xbi0.5k0.5tio3-(0.68-x)pbzro3，尤其特别设置0.13≤x≤0.17时，各组分都具有适宜高的居里温度点及较小的介电损耗，各组分配比适宜能够平衡压电系数与温度稳定性之间的对立关系，使得压电陶瓷具有优异的压电性能，压电系数大，且在300℃以内较宽的温度区间内表现出良好的温度稳定性，满足对高压电响应、高温耐受性压电致动器的需求。其中，为了提高材料的可重复性，降低制备工艺难度，本申请的化学组分通过设置适宜配比的钛、锆和钾元素，并对高温易挥发元素如铅、铋进行化学补偿，容易通过烧结得到均匀且致密的陶瓷，舍弃了不利于陶瓷质量的如铁、银等元素。而在相同条件下，若x过小(如小于0.13)，温度稳定性不能达到预期效果，x过大(如大于0.17)则压电系数会明显降低；pbtio3和pbzro3的含量比例不适宜，则会由于化学成分不均衡而导致压电系数低、温度稳定性差等结果。
23、在优选x＝0.15时，0.32pt-xbkt-(0.68-x)pz的室温d33可达到425pc/n，在3kv/mm的电场下，d33*高达682pm/v。用η＝δs/s175℃×100％表示应变的温度稳定性，s175℃是指陶瓷在175℃所具有的最大应变值，δs是指在特定温度下应变相较于s175℃的浮动值，在浮动±15％的范围内，各组分均具有较宽的温度区间。在优选x＝0.15时，温度区间差δt＝236℃，这极大地提高了在实际应用过程中的使用范围。
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【技术保护点】
1.一种温度不敏感型压电陶瓷，其特征在于，其化学组成为0.32PbTiO3-xBi0.5K0.5TiO3-(0.68-x)PbZrO3，0.13≤x≤0.17。
2.根据权利要求1所述的温度不敏感型压电陶瓷，其特征在于，0.14≤x≤0.16。
3.根据权利要求2所述的温度不敏感型压电陶瓷，其特征在于，x＝0.15。
4.一种温度不敏感型压电陶瓷的制备方法，其特征在于，其用于制备如权利要求1-3中任一项所述的温度不敏感型压电陶瓷，且其包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的温度不敏感型压电陶瓷的制备方法，其特征在于，S1中所述球磨的时间为4-8h，球磨的转速为300-500rpm；
6.根据权利要求4所述的温度不敏感型压电陶瓷的制备方法，其特征在于，S2中所述煅烧的条件包括：温度为800-900℃，时间为1-2h；
7.根据权利要求4所述的温度不敏感型压电陶瓷的制备方法，其特征在于，S3中所述粘结剂为3-7wt％聚乙烯醇溶液，粘结剂与S2煅烧后得到的粉末样品的用量质量比为1:5-15。
8.根据权利要求4所述的温度不敏感型压电陶瓷的制备方法，其特征在于，S4中所述的排胶条件包括：温度为500-600℃，时间为1-2h，升温速率为3-5℃/min。
9.根据权利要求4所述的温度不敏感型压电陶瓷的制备方法，其特征在于，S4中所述的烧结条件包括：温度为1100-1300℃，时间为1-2h，升温速率为3-5℃/min。
10.如权利要求1-3中任一项所述的温度不敏感型压电陶瓷在致动器中的应用。
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【技术特征摘要】
1.一种温度不敏感型压电陶瓷，其特征在于，其化学组成为0.32pbtio3-xbi0.5k0.5tio3-(0.68-x)pbzro3，0.13≤x≤0.17。
2.根据权利要求1所述的温度不敏感型压电陶瓷，其特征在于，0.14≤x≤0.16。
3.根据权利要求2所述的温度不敏感型压电陶瓷，其特征在于，x＝0.15。
4.一种温度不敏感型压电陶瓷的制备方法，其特征在于，其用于制备如权利要求1-3中任一项所述的温度不敏感型压电陶瓷，且其包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的温度不敏感型压电陶瓷的制备方法，其特征在于，s1中所述球磨的时间为4-8h，球磨的转速为300-500rpm；
6.根据权利要求4所述的温度不敏感型压电陶瓷的制备方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，闫圣洁，狄思昀，杨明羽，孙正，陈骏，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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