專利名稱：一種壓電陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電陶瓷材料，本發(fā)明還涉及一種壓電陶瓷材料的制備方法。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，它的應(yīng)用十分廣泛，而且是應(yīng)用在與人們的生活密切相關(guān)的許多領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，傳感驅(qū)動(dòng)，頻率控
制等功能。在能量轉(zhuǎn)換方面，可制造壓電點(diǎn)火器、移動(dòng)x光機(jī)電源、炮彈引爆裝置、壓電變壓
器、壓電拾音器、壓電蜂鳴器、壓電喇叭，還可以做金屬探傷器、超聲清洗、超聲醫(yī)療、超聲切割器。在傳感方面，可用于聲納系統(tǒng)、汽車倒車傳感、氣象探測(cè)、遙測(cè)環(huán)境保護(hù)、家用電器。在驅(qū)動(dòng)方面，可用于精確的控制機(jī)構(gòu)_壓電驅(qū)動(dòng)器、諧振器、濾波器等控制裝置是決定通訊設(shè)備性能的關(guān)鍵器件。壓電陶瓷在電聲方面的運(yùn)用也很廣泛，如壓電拾音器、壓電傳聲器、壓電蜂鳴器、壓電喇叭，隨著人們生活水平不斷的提高，這些產(chǎn)品的需求量也會(huì)越來(lái)越多。
—般的壓電陶瓷蜂鳴器產(chǎn)品使用溫度為8(TC，只能手工焊接安裝，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，要機(jī)械自動(dòng)化安裝，壓電陶瓷蜂鳴器產(chǎn)品必須滿足波峰焊和更高要求的回流焊，這就要求壓電陶瓷材料居里點(diǎn)高，同時(shí)在居里溫度內(nèi)該壓電陶瓷材料電性能下降要少。
目前，現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)了較多這方面的文獻(xiàn)，如專利號(hào)為ZL93112369.0的中國(guó)發(fā)明專利《改性偏鈮酸鉛高溫壓電陶瓷材料及其制備方法》(授權(quán)公告號(hào)為CN1031537C)，又如申請(qǐng)?zhí)枮?00810300186. 7的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)《改性PZT基高溫壓電陶瓷材料及其制備方法》(授權(quán)公告號(hào)為CN101224978A)，再如CN101265093A、 CN101265092A等。
SMD壓電陶瓷蜂鳴器產(chǎn)品適用于機(jī)械自動(dòng)化安裝，為滿足應(yīng)用條件，要求SMD壓電陶瓷蜂鳴器產(chǎn)品必須過(guò)27(TC回流焊后，其蜂鳴器聲壓及其它電性能變化在10%以內(nèi)。雖然這方面的文獻(xiàn)比較豐富，但壓電陶瓷蜂鳴器能過(guò)27(TC回流焊的較少，關(guān)鍵是壓電陶瓷材料各方面性能無(wú)法滿足。鈮酸鉛、鈮酸鋰、鈦酸鉛壓電陶瓷材料居里點(diǎn)都比較高，但是壓電性能和介電性能都比較差，不能滿足壓電陶瓷蜂鳴器的要求，而三元系壓電陶瓷性能好的材料，居里點(diǎn)不會(huì)超過(guò)33(TC，但是二元系PZT壓電陶瓷居里點(diǎn)高，壓電性能和介電性能也不弱，通過(guò)對(duì)二元系PZT壓電陶瓷鋯，鈦比的選擇，并對(duì)其用五氧化二鈮，三氧化二銻，三氧化二鑭，二氧化硅進(jìn)行摻雜取代改性，還有碳酸鍶，碳酸鎂的取代，使壓電陶瓷達(dá)到最佳的壓電性能和介電性能，同時(shí)居里點(diǎn)超過(guò)355°C。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述的技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種能過(guò)三次27(TC回流焊的壓電陶瓷材料。 本發(fā)明所要解決的又一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種能過(guò)三次27(TC回流焊的壓電陶瓷材料制備方法。 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種壓電陶瓷材料，該材料的化學(xué)通式表示如下
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—種壓電陶瓷材料，該材料的化學(xué)通式表示如下Pb1(l5—dSrdZrxTiy03+amol % La203+bmol % M+cmol % Si02， 其中，O《d《0. 03， x+y = l，O《a《5，0《b《5，0《c《1， M為L(zhǎng)iNb03或Nb20s。 —種的壓電陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟 ①配料，按照化學(xué)通式Pb1(l5—dSrdZrxTiy03+amol % La203+bmol % M+cmol % Si02，稱取各所需物質(zhì)組成混合物； ②混料，將上述混合物裝入振磨機(jī)中，加入無(wú)水乙醇，振磨3 6小時(shí)，混合物的重量和無(wú)水乙醇體積比滿足9kg : 4ml 9kg : 6ml; ③預(yù)燒，將振磨后的混合物預(yù)燒，預(yù)燒溫度920°C 1050°C ，時(shí)間3 5小時(shí)，預(yù)燒后得到料塊； 細(xì)磨，將料塊破碎成0. 1 lmm的顆粒，再將顆粒裝入振磨機(jī)中，加入無(wú)水乙醇，振磨5 8小時(shí)，得到粉料，顆粒的重量和無(wú)水乙醇體積比滿足9kg : 4ml 9kg : 6ml，接著取出粉料，再放入球磨機(jī)中，水磨18 24小時(shí)，取出烘干，采用二次細(xì)磨工藝，使得，粉料粒形更加，為產(chǎn)品質(zhì)量提供了保證； ⑤流延，將水磨后的粉料加入到球磨機(jī)中，再加入占到總重量15% 40%的粘合劑，球磨8 16小時(shí)，在流延機(jī)中流延，得到0. 03mm 0. 15mm厚的膜片，采用流延工藝后產(chǎn)品可以作的更薄，使用更廣泛的應(yīng)用； ⑥排膠，將膜片進(jìn)行排膠，溫度750°C 800°C，時(shí)間36 48小時(shí)，排膠后得到瓷坯； ⑦燒成，將瓷坯疊起來(lái)，進(jìn)行燒成，溫度118(TC 130(TC，時(shí)間18 24小時(shí)，得到陶瓷片； ⑧施電極，將陶瓷片剝開(kāi)、清洗、烘干、印銀、燒銀，燒銀溫度750°C 800°C ，時(shí)間2 3小時(shí)； ⑨極化，極化溫度100°C 140°C ，極化時(shí)間5 10分鐘，極化電場(chǎng)1 2KV/mm。
步驟③中所述的預(yù)燒和步驟⑦中所述的燒成均是將原料裝入氧化鋁坩堝中然后放入隧道窯中完成的，而步驟⑥中所述的排膠則是將原料放在氧化鋁底板上然后放入隧道窯中完成的。 為滿足使用要求，對(duì)步驟⑤中所述的流延后的膜片進(jìn)行沖片，所得沖片后的膜片直徑為6 35mm。 為提高產(chǎn)品品質(zhì)，對(duì)步驟⑤流延前還添加有占到總重量0 5%的增塑劑和占到總重量0 5%的消泡劑。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)PZT壓電陶瓷進(jìn)行了取代摻雜改性，并且創(chuàng)造性地選擇了適合該壓電陶瓷材料的制備工藝，使得該壓電陶瓷材料的居里點(diǎn)大大提高，壓電性能和介電性能也很優(yōu)越，在27(TC高溫下，壓電陶瓷材料壓電性能和介電性能下降很少，能用于SMD壓電陶瓷蜂鳴器中。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例1 ，按化學(xué)式組成 PbL。38Sr國(guó)Zr固5Ti。.德03+0. 4mol% La203+0. 8mol% Nb205+0. lmol% Si02，
計(jì)算各種原料Pb304、 Zr02、 Ti02、 SrC03、 Nb205、 La203、 Si02配比，用電光分析天平進(jìn)行稱量，在高效振磨機(jī)中振磨4小時(shí)，混合料放入氧化鋁坩堝中，再進(jìn)入隧道窯中預(yù)燒，最高溫度102(TC，進(jìn)出時(shí)間為36小時(shí)，在高溫區(qū)時(shí)間為4. 5小時(shí)，預(yù)燒后的料塊經(jīng)過(guò)破碎，先在高效振磨機(jī)中振磨6小時(shí)，取出粉料，放入球磨機(jī)中水磨24小時(shí)，取出烘干，稱取壓電陶瓷粉料、粘合劑、消泡劑、增塑劑在球磨機(jī)中球磨10小時(shí)制備流延漿料，在流延機(jī)中流延0. 055mm厚度的膜片，沖片直徑為# 14. lmm，撒隔粘粉，將圓膜片疊在氧化鋁板上，進(jìn)入隧道窯中排膠，最高溫度80(TC，進(jìn)出時(shí)間為36小時(shí)，再放入氧化鋁坩堝中，進(jìn)入隧道窯燒成，最高溫度120(TC，進(jìn)出時(shí)間18小時(shí)。將陶瓷片剝離、清洗、烘干，被上銀電極，進(jìn)入隧道窯中燒銀，最高溫度76(TC，進(jìn)出時(shí)間2小時(shí)。然后將燒銀后的陶瓷銀片放入極化設(shè)備中進(jìn)行極化，疊10片加800V直流電，時(shí)間為5分鐘，溫度為100°C，24小時(shí)后進(jìn)行性能測(cè)試，本實(shí)施例中的PZT壓電陶瓷粉料、粘合劑、消泡劑、增塑劑分別為8kg、2. 9kg、0. 33kg、0. 25kg。其中，粘合劑、消泡劑、增塑劑均為廣東風(fēng)華高新科技集團(tuán)的肇慶市羚光電子化學(xué)品材料科技有限公司生產(chǎn)，粘合劑型號(hào)為L(zhǎng)S，增朔劑型號(hào)為DP，消泡劑型號(hào)為FP。 測(cè)試結(jié)果如下壓電常數(shù)d33 = 420pc/N，機(jī)電耦合系數(shù)Kp = 61X，居里溫度Tc=355"，相對(duì)介電常數(shù)e 二 1650，介電損耗tg S < 0. 2% ，體積密度=7. 8g/cm3。
過(guò)三次27(TC回流焊后，該壓電陶瓷材料的壓電性能和介電性能為壓電常數(shù)d33=390pc/N，機(jī)電耦合系數(shù)Kp = 58%，相對(duì)介電常數(shù)e = 1680，介電損耗tg S <0.2%。
實(shí)施例2 :按化學(xué)式組成 Pb，Sr。 。12Zr0 5285Ti0 471503+0 . 5mol% La203+0. 5mol% LiNb03+0. lmol% Si02，
計(jì)算各種原料Pb304、 Zr02、 Ti02、 SrC03、 Nb205、 Li2C03、 La203、 Si02配比，用電光分析天平進(jìn)行稱量，在高效振磨機(jī)中振磨4小時(shí)，混合料放入氧化鋁坩堝中，再進(jìn)入隧道窯中預(yù)燒，最高溫度103(TC，進(jìn)出時(shí)間為36小時(shí)，在高溫區(qū)時(shí)間為4. 5小時(shí)，預(yù)燒后的料塊經(jīng)過(guò)破碎，先在高效振磨機(jī)中振磨6小時(shí)，取出粉料，放入球磨機(jī)中水磨24小時(shí)，取出烘干，稱取壓電陶瓷粉料、粘合劑、消泡劑、增塑劑在球磨機(jī)中球磨IO小時(shí)制備流延漿料。在流延機(jī)中流延O. 055mm厚度的膜片，沖片直徑為# 14. lmm，撒隔粘粉，將圓膜片疊在氧化鋁板上，進(jìn)入隧道窯中排膠，最高溫度80(TC，進(jìn)出時(shí)間為36小時(shí)，再放入氧化鋁坩堝中，進(jìn)入隧道窯燒成，最高溫度120(TC，進(jìn)出時(shí)間18小時(shí)，燒成時(shí)，陶瓷片之間涂覆隔粘劑，便于后面的剝離。燒成后將陶瓷片剝離、清洗、烘干，被上銀電極，進(jìn)入隧道窯中燒銀，最高溫度76(TC，進(jìn)出時(shí)間2小時(shí)。然后將燒銀后的陶瓷銀片放入極化設(shè)備中進(jìn)行極化，疊10片加800V直流電，時(shí)間為5分鐘，溫度為100°C，24小時(shí)后進(jìn)行性能測(cè)試，本實(shí)施例中的PZT壓電陶瓷粉料、粘合劑、消泡劑、增塑劑分別為8kg、2. 9kg、0. 33kg、0. 25kg。其中，粘合劑、消泡劑、增塑劑均為廣東風(fēng)華高新科技集團(tuán)的肇慶市羚光電子化學(xué)品材料科技有限公司生產(chǎn)，粘合劑型號(hào)為L(zhǎng)S，增朔劑型號(hào)為DP，消泡劑型號(hào)為FP。 測(cè)試結(jié)果如下壓電常數(shù)d33 = 395pc/N，機(jī)電耦合系數(shù)Kp = 58X，居里溫度Tc=362"，相對(duì)介電常數(shù)e = 1600，介電損耗tgS < 0. 2% ，體積密度=7. 78g/cm3。
過(guò)三次27(TC回流焊后，該壓電陶瓷材料的壓電性能和介電性能為壓電常數(shù)d33=360pc/N，機(jī)電耦合系數(shù)Kp = 55%，相對(duì)介電常數(shù)e = 1650，介電損耗tg S <0.2%。
權(quán)利要求
一種壓電陶瓷材料，該材料的化學(xué)通式表示如下Pb1.05-dSrdZrxTiyO3+amol％La2O3+bmol％M+cmol％SiO2，其中，0≤d≤0.03，x+y＝1，0≤a≤5，0≤b≤5，0≤c≤1，M為L(zhǎng)iNbO3或Nb2O5。
2. —種如權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟① 配料，按照化學(xué)通式Pbu5—dSrdZrxTiy03+amol% La203+bmol % M+cmol % Si02，稱取各所需物質(zhì)組成混合物；② 混料，將上述混合物裝入振磨機(jī)中，加入無(wú)水乙醇，振磨3 6小時(shí)，混合物的重量和無(wú)水乙醇體積比滿足9kg : 4ml 9kg : 6ml ;③ 預(yù)燒，將振磨后的混合物預(yù)燒，預(yù)燒溫度920°C 1050°C，時(shí)間3 5小時(shí)，預(yù)燒后得到料塊； 細(xì)磨，將料塊破碎成0. 1 lmm的顆粒，再將顆粒裝入振磨機(jī)中，加入無(wú)水乙醇，振磨5 8小時(shí)，得到粉料，顆粒的重量和無(wú)水乙醇體積比滿足9kg : 4ml 9kg : 6ml，接著取出粉料，再放入球磨機(jī)中，水磨18 24小時(shí)，取出烘干；⑤ 流延，將水磨后的粉料加入到球磨機(jī)中，再加入占到總重量15% 40%的粘合劑，球磨8 16小時(shí)，在流延機(jī)中流延，得到0. 03mm 0. 15mm厚的膜片；⑥ 排膠，將膜片進(jìn)行排膠，溫度750°C S0(TC，時(shí)間36 48小時(shí)，排膠后得到瓷坯；⑦ 燒成，將瓷坯疊起來(lái)，進(jìn)行燒成，溫度118(TC 130(TC，時(shí)間18 24小時(shí)，得到陶瓷片；⑧ 施電極，將陶瓷片剝開(kāi)、清洗、烘干、印銀、燒銀，燒銀溫度750°C 800°C，時(shí)間2 3小時(shí)；⑨ 極化，極化溫度100°C 140。C，極化時(shí)間5 10分鐘，極化電場(chǎng)1 2KV/mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟③中所述的預(yù)燒和步驟⑦中所述的燒成均是將原料裝入氧化鋁坩堝中然后放入隧道窯中完成的，而步驟⑥中所述的排膠則是將原料放在氧化鋁底板上然后放入隧道窯中完成的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于對(duì)步驟⑤中所述的流延后的膜片進(jìn)行沖片，所得沖片后的膜片直徑為6 35mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于對(duì)步驟⑤流延前還添加有占到總重量0 5%的增塑劑和占到總重量0 5%的消泡劑。
全文摘要
一種壓電陶瓷材料，該材料的化學(xué)通式表示如下Pb1.05-dSrdZrxTiyO3+amol％La2O3+bmol％M+cmol％SiO2，其中，0≤d≤0.03，x+y＝1，0≤a≤5，0≤b≤5，0≤c≤1，M為L(zhǎng)iNbO3或Nb2O5。本發(fā)明還公開(kāi)了該壓電陶瓷材料的制備方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)PZT壓電陶瓷進(jìn)行了取代摻雜改性，并且創(chuàng)造性地選擇了適合該壓電陶瓷材料的制備工藝，使得該壓電陶瓷材料的居里點(diǎn)大大提高，壓電性能和介電性能也很優(yōu)越，在270℃高溫下，壓電陶瓷材料壓電性能和介電性能下降很少，能用于SMD壓電陶瓷蜂鳴器中。
文檔編號(hào)C04B35/622GK101767995SQ20101004003
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2010年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月14日
發(fā)明者徐錦生 申請(qǐng)人:寧波凱普電子有限公司