專利名稱：：鎂鉭酸鋯鈦酸鉛陶瓷的摻雜改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種陶瓷材料的摻雜改性方法。技術(shù)背景至今大功率壓電陶瓷材料的三元系列有幾個(gè)較為成熟的系列鈮鎂鋯鈦酸鉛系，其特點(diǎn)為高Kp、介電常數(shù)、Qm和較好的穩(wěn)定性；鈮鋅鋯鈦酸鉛系，其特點(diǎn)是較優(yōu)的穩(wěn)定性、致密性、絕緣性、壓電性。碲錳鋯鈦酸鉛系，其特點(diǎn)是其壓電性受機(jī)械應(yīng)力和電負(fù)載的影響小。銻錳鋯鈦酸鉛系，其特點(diǎn)是Kp和Qm都高，諧振頻率受時(shí)間和溫度的影響小。而對(duì)大功率而言，往往要求PZT陶瓷具有高的介電常數(shù)、高的Qm等。然而在大功率應(yīng)用中，依然會(huì)產(chǎn)生眾多的問(wèn)題，主要有諧振頻率的漂移；Qm的降低；發(fā)熱帶來(lái)的機(jī)電耦合系數(shù)的減小和熱穩(wěn)定性變差。其中的熱產(chǎn)生，會(huì)帶來(lái)升溫，當(dāng)溫度上升到一定值時(shí)，將使材料去極化，使材料的壓電介電體系完全失去功效。故制備介電損耗低、Qm大的硬性材料在大功率器件中尤為重視。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種鎂鉭酸鋯鈦酸鉛陶瓷的摻雜改性方法，該摻雜改性方法能提高陶瓷材料的機(jī)械品質(zhì)因子，降低損耗。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是鎂鉭酸鋯鈦酸鉛陶瓷的摻雜改性方法，其特征在于它包括如下步驟1)按照分子式MgTa206中Mg和Ta的摩爾比，選取MgO和Ta205原料，在800°C保溫2小時(shí)，然后升至1200°C保溫4小時(shí)，升溫速率為35°C/min，合成MgTa206;2)按表達(dá)式為(l-x-y)Pb(Mg!/3Ta2/3)03-yPbZr03-xPbTi03中Pb、Mg、Zr、Ti的摩爾比，其中，0.3《0.5，0.1SO.3，選取Pb304、MgTa206、Zr02和Ti02原料，在850°C105(TC預(yù)燒2小時(shí)，升溫速率為35°0:/min;冷卻后以酒精為介質(zhì)球磨24小時(shí)，烘干制得陶瓷粉末{表達(dá)式為(l-x-y)Pb(Mgl/3Ta2/3)03-yPbZr03-xPbTi03，即鎂鉭酸鋯鈦酸鉛陶瓷粉末};3)陶瓷粉末摻雜Mn02，Mn02的摻入量為陶瓷粉末質(zhì)量的0.21.0%，球磨12小時(shí)，烘干得到摻雜陶瓷粉末；4)慘雜陶瓷粉末中加入粘結(jié)劑，粘結(jié)劑的加入量為摻雜陶瓷粉末質(zhì)量的3%，混合均勻，壓片，于600QC保溫2小時(shí)(排膠，排除粘結(jié)劑)，然后升溫至12001300°C，升溫速率為35°C/min，保溫13小時(shí)燒結(jié)，得到陶瓷片。所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇或水玻璃。本發(fā)明確定了(1-x-y)Pb(Mg1/3Ta2/3)03-yPbZr03-xPbTi03(PMT-PZ-PT)固溶體三方和四方相組成的準(zhǔn)同型相界(最佳值x岣.4,)K).2;范圍值0.3^x^0.5，0.1《.3)，在準(zhǔn)同型相界處對(duì)其進(jìn)行錳摻雜改性，得到組成的壓電系數(shù)為500pC/N，機(jī)械品質(zhì)因子Qm為2000，損耗為0.4%，機(jī)械品質(zhì)因子Qm和壓電常數(shù)的乘積為lx106，明顯高于其他硬性PZT陶瓷?？梢杂糜诟吣芰砍晳?yīng)用。本發(fā)明的有益效果是能提高陶瓷材料的機(jī)械品質(zhì)因子，降低損耗。具體實(shí)施方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1:鎂鉭酸鋯鈦酸鉛陶瓷的摻雜改性方法，它包括如F步驟1)按照分子式MgTa206中Mg和Ta的摩爾比，選取MgO和Ta205原料，在SOO。C保溫2小時(shí)，然后升至1200。C保溫4小時(shí)，升溫速率為35。C/分鐘，合成MgTa206;2)按表達(dá)式為(l-x-y)Pb(Mgi/3Ta2/3)03-yPbZr03-xPbTi03中Pb、Mg、Zr、Ti的摩爾比，其中，x=0.4，y=0.2，選取Pb3。4、MgTa206、Zr02和Ti02原料，在1000°C預(yù)燒2小時(shí)，升溫速率為35。C/分鐘；冷卻后以酒精為介質(zhì)球磨24小時(shí)，烘干(取粉末樣品測(cè)試物相組成)制得陶瓷粉末{表達(dá)式為0.4Pb(Mg1/3Ta2,3)O3-0.2PbZrO3-0.4PbTiO3，即鎂鉭酸鋯鈦酸鉛陶瓷粉水};3)陶瓷粉末摻雜Mn02，Mn02的摻入量為陶瓷粉末質(zhì)量的(0，0.2%，0.5%,0.8%，1.0%，見表l)，球磨12小時(shí)，烘干得到摻雜陶瓷粉末；4)摻雜陶瓷粉末中加入粘結(jié)劑(聚乙烯醇)，粘結(jié)劑的加入量為摻雜陶瓷粉末質(zhì)量的3%，混合均勻，壓片，于600。C保溫2小時(shí)(排膠，排除粘結(jié)劑)，然后升溫至1280"C，升溫速率為35。C/分鐘，保溫2小時(shí)(燒結(jié))，得到陶瓷片。實(shí)施例1得到的5組陶瓷片樣品，上銀漿，極化(在室溫硅油中加電壓40kV/cm保持10rain)測(cè)試其電學(xué)性能，見表l。表1，Mn摻雜0.4Pb(Mg1/3Ta2/3)O3-0.2PbZrO3-0.4PbTiO3以及硬性PZT與PMNT陶瓷介電與壓電性能樣品(1kHz)loss(1kHz)d33(pC/N)kp(%)Qmkt(%)Tc(0c)Td(0c)PrPsOC/cm2)Ec(kV/cm)Mn0%(wt)40500.024580577544175一27.339.36.5Mn0.2%(wt)27000.004530627004917516228.738.06.8Mn0.5%(wt)1710O細(xì)5005820005217315328.937.76.9Mn2120O駕4205220004017114329.736.18.7<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施例2:鎂鉭酸鋯鈦酸鉛陶瓷的摻雜改性方法，它包括如下步驟1)按照分子式MgTa206中Mg和Ta的摩爾比，選取MgO和Ta205原料，在800°C保溫2小時(shí)，然后升至1200°C保溫4小時(shí)，升溫速率為3°C/min,合成MgTa206;2)按表達(dá)式為(l-x-y)Pb(Mg!/3Ta2/3)OryPbZr(VxPbTi03中Pb、Mg、Zr、Ti的摩爾比，其中，x=0.3，y=0.1，選取Pb304、MgTa206、Zr02和Ti02原料，在850°C預(yù)燒2小時(shí)，升溫速率為3°C/min;冷卻后以酒精為介質(zhì)球磨24小時(shí)，烘干制得陶瓷粉末{表達(dá)式為0.6Pb(Mg1/3Ta2/3)O3-0.lPbZrO3-0.3PbTi03，即鎂鉭酸鋯鈦酸鉛陶瓷粉末};3)陶瓷粉末摻雜Mn02,MnO2的摻入量為陶瓷粉末質(zhì)量的0.2。/。，球磨12小時(shí)，烘干得到摻雜陶瓷粉末；4)摻雜陶瓷粉末中加入粘結(jié)劑(聚乙烯醇)，粘結(jié)劑的加入量為摻雜陶瓷粉末質(zhì)量的3%，混合均勻，壓片，于600。C保溫2小時(shí)(排膠，排除粘結(jié)劑)，然后升溫至1200°C，升溫速率為3。C/min，保溫l小時(shí)(燒結(jié))，得到陶瓷片。實(shí)施例3:鎂鉭酸鋯鈦酸鉛陶瓷的摻雜改性方法，它包括如下步驟1)按照分子式MgTa206中Mg和Ta的摩爾比，選取MgO和Ta205原料，在800°C保溫2小時(shí)，然后升至1200。C保溫4小時(shí)，升溫速率為5。C/min，合成MgTa206;2)按表達(dá)式為(l-x-y)Pb(Mgv3Ta2/3)03-yPbZr03-xPbTi03中Pb、Mg、Zr、Ti的摩爾比，其中，x=0.5，y=0.3,選取Pb304、MgTa206、Zr。2和Ti02原料，在1050°C預(yù)燒2小時(shí)，升溫速率為5°C/min;冷卻后以酒精為介質(zhì)球磨24小時(shí)，烘干制得陶瓷粉末(表達(dá)式為0.2Pb(Mg1/3Ta2/3)O3-0.3PbZrO3-0.5PbTi03，即鎂鉭酸鋯鈦酸鉛陶瓷粉末};3)陶瓷粉末摻雜Mn02，Mn02的慘入量為陶瓷粉末質(zhì)量的1.0%，球磨12小時(shí)，烘干得到摻雜陶瓷粉末；4)摻雜陶瓷粉末中加入粘結(jié)劑(水玻璃)，粘結(jié)劑的加入量為摻雜陶瓷粉末質(zhì)量的3%，混合均勻，壓片，于600。C保溫2小時(shí)(排膠，排除粘結(jié)劑)，然后升溫至1300"C，升溫速率為5"C/min，保溫3小時(shí)(燒結(jié))，得到陶瓷片。權(quán)利要求1.鎂鉭酸鋯鈦酸鉛陶瓷的摻雜改性方法，其特征在于它包括如下步驟1)按照分子式MgTa2O6中Mg和Ta的摩爾比，選取MgO和Ta2O5原料，在800℃保溫2小時(shí)，然后升至1200℃保溫4小時(shí)，升溫速率為3～5℃/min，合成MgTa2O6；2)按表達(dá)式為(1-x-y)Pb(Mg1/3Ta2/3)O3-yPbZrO3-xPbTiO3中Pb、Mg、Zr、Ti的摩爾比，其中，0.3≤x≤0.5，0.1≤y≤0.3，選取Pb3O4、MgTa2O6、ZrO2和TiO2原料，在850℃～1050℃預(yù)燒2小時(shí)，升溫速率為3～5℃/min；冷卻后以酒精為介質(zhì)球磨24小時(shí)，烘干制得陶瓷粉末；3)陶瓷粉末摻雜MnO2，MnO2的摻入量為陶瓷粉末質(zhì)量的0.2～1.0％，球磨12小時(shí)，烘干得到摻雜陶瓷粉末；4)摻雜陶瓷粉末中加入粘結(jié)劑，粘結(jié)劑的加入量為摻雜陶瓷粉末質(zhì)量的3％，混合均勻，壓片，于600℃保溫2小時(shí)，然后升溫至1200～1300℃，升溫速率為3～5℃/min，保溫1～3小時(shí)燒結(jié)，得到陶瓷片。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的鎂鉭酸鋯鈦酸鉛陶瓷的摻雜改性方法，其特征在于所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇或水玻璃。全文摘要本發(fā)明涉及一種陶瓷材料的摻雜改性方法。鎂鉭酸鋯鈦酸鉛陶瓷的摻雜改性方法，其特征在于它包括如下步驟1)選取MgO和Ta₂O₅原料，合成MgTa₂O₆；2)按表達(dá)式為(1-x-y)Pb(Mg_1/3Ta_2/3)O₃-yPbZrO₃-xPbTiO₃中Pb、Mg、Zr、Ti的摩爾比，其中，0.3≤x≤0.5，0.1≤y≤0.3，選取Pb₃O₄、MgTa₂O₆、ZrO₂和TiO₂原料，在850℃～1050℃預(yù)燒2小時(shí)；球磨、烘干制得陶瓷粉末；3)陶瓷粉末摻雜MnO₂，MnO₂的摻入量為陶瓷粉末質(zhì)量的0.2～1.0％，球磨，烘干得到摻雜陶瓷粉末；4)摻雜陶瓷粉末中加入粘結(jié)劑，粘結(jié)劑的加入量為摻雜陶瓷粉末質(zhì)量的3％，壓片，于600℃保溫2小時(shí)，然后升溫至1200～1300℃，保溫1～3小時(shí)燒結(jié)，得到陶瓷片。該摻雜改性方法能提高陶瓷材料的機(jī)械品質(zhì)因子，降低損耗。文檔編號(hào)C04B35/634GK101215168SQ20081004669公開日2008年7月9日申請(qǐng)日期2008年1月16日優(yōu)先權(quán)日2008年1月16日發(fā)明者劉韓星,華郝申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)