專(zhuān)利名稱(chēng)：一種壓電陶瓷的增韌方法及增韌的壓電陶瓷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電陶瓷的增韌方法及壓電陶瓷。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，被實(shí)用化的壓電陶瓷的大部分由強(qiáng)電介質(zhì)構(gòu)成，該強(qiáng)電介質(zhì)構(gòu)成在 室溫附件具有正方晶系或棱形晶系的PZT (PbZrO3-PbTiO3固溶體)和PT (PbTiO3固溶體)系 等鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。然而，陶瓷本質(zhì)的脆性限制了其大的應(yīng)變特性的發(fā)揮，易產(chǎn)生疲勞性損傷， 降低了其使用可靠性。特別是隨著電子裝置的小型化，對(duì)于壓電陶瓷的韌性提出了更高的 要求。目前，主要通過(guò)外加第二相(顆粒、纖維、晶須等)的方式來(lái)對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行增韌， 然而，該種方式卻在增韌的同時(shí)導(dǎo)致了壓電性能的大幅下降，且對(duì)于含鉛的壓電陶瓷如上 面提及的PZT系以及PT系壓電陶瓷，外加的第二相還易與陶瓷共熔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種改進(jìn)的壓電陶瓷的 增韌方法。為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案一種通過(guò)加入第二相對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行增韌的方法，第二相為鈦酸鉀晶須，鈦酸鉀 晶須的化學(xué)式為K2O · IITiO2,式中η為1、2、4、6或8，鈦酸鉀晶須的加入量為壓電陶瓷重量 的 0. 5%。根據(jù)本發(fā)明，η優(yōu)選為4或6，即本發(fā)明的第二相優(yōu)選為四鈦酸鉀晶須和六鈦酸鉀 晶須，最優(yōu)選六鈦酸鉀晶須。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體方面，所述方法通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)(1)、將鈦酸鉀晶須均勻分散到所述壓電陶瓷的粉料中獲得混合粉料；(2)、向所述混合粉料中加入聚乙烯醇粘結(jié)劑；(3)、采用軋膜方式成型，并沖模沖制成設(shè)定尺寸的瓷坯；(4)、將步驟(3)所得瓷坯升溫至700°C 900°C以排除所述聚乙烯醇粘結(jié)劑，并在 1100 1400°C下保溫?zé)Y(jié)得到鈦酸鉀晶須增韌的壓電陶瓷。具體地，步驟(1)中，采用球磨方式使鈦酸鉀晶須均勻分散到所述壓電陶瓷的粉 料中，本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，還可以其它分散方法。優(yōu)選地，步驟(1)中，所采用的壓電陶瓷的粉料的粒度符合D50彡1.2μπι且 D90彡4. Oym的要求。本發(fā)明中，所述的壓電陶瓷可以是含鉛壓電陶瓷例如化學(xué)組成為Pb(ZrmTin)O3的 PZT系壓電陶瓷，其中m的取值為0. 1 0.9，η的取值為0. 1 0.9，且η與m之和為1 ； 或者為以PZT系為基的三元系或多元系；或者，代表性的壓電陶瓷有Pb (Zra52Tia48)O3和
根據(jù)本發(fā)明，所述的壓電陶瓷還可以是不含鉛的壓電陶瓷例如以BaTiO3*基的壓 電陶瓷。優(yōu)選地，所述鈦酸鉀晶須的加入量為所述壓電陶瓷重量的0. 2% 1. 5%。由于以上技術(shù)方案的實(shí)施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明將鈦酸鉀晶須特別是六鈦酸鉀為第二相添加物，增韌效果顯著，并具有保 持或提高壓電性、降低介質(zhì)損耗的優(yōu)勢(shì)。此外，鈦酸鉀晶須的機(jī)械性能好，耐高溫，在壓電陶 瓷結(jié)構(gòu)內(nèi)穩(wěn)定、成本低、分散加入方便。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的主要發(fā)明構(gòu)思在于外加鈦酸鉀晶須第二相對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行增韌，可達(dá) 到增韌且保持或提高壓電性能的目的，增韌機(jī)制為微孔增韌，可期望對(duì)各種系列的壓電陶 瓷具有類(lèi)似或接近的增韌效果。本發(fā)明的鈦酸鉀晶須的化學(xué)組成為Κ20 ·η 02，式中η為1、2、4、6或8，這五種鈦
酸鉀晶須在壓電陶瓷均顯示了良好的增韌效果。下面以本領(lǐng)域中常用的Pb (Zr0.52Ti0.48) O3 壓電陶瓷和 Pba 90Ba0.10 (Zr0.52Ti0.48) O3 壓 電陶瓷為例，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例1一種Pb (Zr0.52Ti0.48) O3壓電陶瓷的增韌方法，包括如下步驟(1)、獲得滿(mǎn)足D50彡1. 2 μ m、D90彡4. 0 μ m的壓電陶瓷的粉末根據(jù)化學(xué)組成Pb(Zra52Tia48)O3配置原材料，將配置好的原材料一同置入橡膠料 斗，按照料球質(zhì)量比為1 2加入鋼球，將裝有原材料和鋼球的料斗在振動(dòng)磨上混合5h，取 出混合均勻的原材料，置入氧化鋁坩堝內(nèi)，在箱式爐中900°C下，保溫ISOmin煅燒合成壓 電陶瓷熔塊。待其冷卻至室溫，取出熔塊，粗碎后轉(zhuǎn)入橡膠料斗，放在振動(dòng)磨上振動(dòng)細(xì)磨8h 后，取樣檢測(cè)粉料的粒度，如果符合D50 < 1. 2 μ m、D90 < 4. 0 μ m即可全部取出。(2)、以Pb (Zr0.52Ti0.48) O3的粉末的重量為基準(zhǔn)，稱(chēng)取0. 2wt %的四鈦酸鉀晶須 (K2O · 4Ti02或K2Ti4O9)與步驟(1)取出的Pb(Zra52Tia48)O3的粉末一同轉(zhuǎn)入球磨罐中，以 料球質(zhì)量比=1 2加入氧化鋯球，然后以料球與酒精體積比=1 1.2加入酒精，球磨5h 后，將球磨罐放入烘箱中120°C下把漿料干燥完全獲得混合粉料。(3)、取出混合粉料并加入重量為混合粉料重量的17wt%的聚乙烯醇粘結(jié)劑，采用 軋膜方式成型，然后采用沖模沖制厚0. 23mm、長(zhǎng)45mm、寬7. 9mm的條狀瓷坯。(4)、將成型好的瓷坯經(jīng)800°C排除粘結(jié)劑并在1200°C保溫120min燒結(jié)得到鈦酸 鉀晶須增韌的壓電陶瓷。對(duì)增韌處理前后的壓電陶瓷的特性進(jìn)行了測(cè)試，具體見(jiàn)表1。表IPb (Zra52Tia48)O3S 電陶瓷的性能 注表中數(shù)據(jù)為根據(jù)Dixon準(zhǔn)則處理的20個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本結(jié)果。
實(shí)施例2一種(Pba9tlBaaitl) (Zra52Tia48)O3(PBZT)壓電陶瓷的增韌方法，包括如下步驟(1)獲得滿(mǎn)足D50彡1.211111、090彡4.(^111的壓電陶瓷的粉末根據(jù)化學(xué)組成 (Pb0.90Ba0.10) (Zra52Tia48)O3(PBZT)配置原材料，將配置好的原材料一同置入橡膠料斗，按照 料球質(zhì)量比為1 2加入鋼球，將裝有原材料和鋼球的料斗在振動(dòng)磨上混合5h，取出混合均 勻的原材料，置入氧化鋁坩堝內(nèi)，在箱式爐中1090°C下，保溫ISOmin煅燒合成壓電陶瓷熔 塊。待其冷卻至室溫，取出熔塊，粗碎后轉(zhuǎn)入橡膠料斗，放在振動(dòng)磨上振動(dòng)細(xì)磨8h后，取樣 檢測(cè)粉料的粒度，如果符合D50 < 1. 2 μ m、D90 < 4. 0 μ m即可全部取出。(2)、以取出的壓電陶瓷物料為基準(zhǔn)，稱(chēng)取0. 5wt. %的六鈦酸鉀(K2Ti6O13)與取出 的物料一同轉(zhuǎn)入球磨罐中，以料球質(zhì)量比=1 2加入氧化鋯球，然后以料球與酒精體積比 =1 1.2加入酒精，保持600r/min的轉(zhuǎn)速球磨5h后，將球磨罐放入烘箱中120°C下把漿 料干燥完全，取出混合好的粉料并加入17wt %的聚乙烯醇粘結(jié)劑，采用軋膜方式成型，然后 采用沖模沖制厚0. 23mm、長(zhǎng)45mm、寬7. 9mm的條狀瓷坯。(3)、將成型好的瓷坯經(jīng)800°C排除粘結(jié)劑并在1300°C保溫150min燒結(jié)得到鈦酸 鉀晶須增韌的壓電陶瓷。對(duì)增韌前后的壓電陶瓷的性能進(jìn)行了測(cè)試，具體見(jiàn)表2。表2 (Pba9tlBaaitl) (Zra52Tia48)O3 壓電陶瓷的性能 注表中數(shù)據(jù)為根據(jù)Dixon準(zhǔn)則處理的20個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本結(jié)果。以上對(duì)本發(fā)明做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠了解本 發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)所 作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種通過(guò)加入第二相對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行增韌的方法，特征在于所述的第二相為鈦酸鉀晶須，所述鈦酸鉀晶須的化學(xué)式為K2O·nTiO2，式中n為1、2、4、6或8，所述鈦酸鉀晶須的加入量為所述壓電陶瓷重量的0.1％～5％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于η為4或6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟(1)、將鈦酸鉀晶須均勻分散到所述壓電陶瓷的粉料中獲得混合粉料；(2)、向所述混合粉料中加入聚乙烯醇粘結(jié)劑；(3)、采用軋膜方式成型，并沖模沖制成設(shè)定尺寸的瓷坯；(4)、將步驟(3)所得瓷坯升溫至700°C 900°C以排除所述聚乙烯醇粘結(jié)劑，并在 1100 1400°C下保溫?zé)Y(jié)得到鈦酸鉀晶須增韌的壓電陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟(1)中，采用球磨方式使鈦酸鉀晶須 均勻分散到所述壓電陶瓷的粉料中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于步驟(1)中，所述壓電陶瓷的粉料的粒度 符合D50彡1. 2 μ m且D90彡4. 0 μ m的要求。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述壓電陶瓷為含鉛壓電陶瓷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述壓電陶瓷為PZT系壓電陶瓷，其化學(xué) 組成為Pb (ZrmTin)O3,其中，m的取值為0. 1 0. 9，η的取值為0. 1 0.9，且η與m之和 為1 ；或者，所述壓電陶瓷為以所述PZT系為基的三元系或多元系。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述鈦酸鉀晶須的加入量為所述壓電陶 瓷重量的0. 2% 1. 5%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述壓電陶瓷為Pb(Zra52Tia48)O3系或 Pb0 9〇Ba0 10 (Zr0 52Ti0 48) O3 系。
10.一種權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法所得的壓電陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)加入第二相對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行增韌的方法，其中，第二相為鈦酸鉀晶須，且鈦酸鉀晶須的加入量為壓電陶瓷重量的0.1％～5％，鈦酸鉀晶須的化學(xué)式為K2O·nTiO2，式中n為1、2、4、6或8。本發(fā)明以鈦酸鉀晶須特別是六鈦酸鉀為第二相添加物，增韌效果顯著，并具有保持或提高壓電性、降低介質(zhì)損耗的優(yōu)勢(shì)。此外，鈦酸鉀晶須的機(jī)械性能好，耐高溫，在壓電陶瓷結(jié)構(gòu)內(nèi)穩(wěn)定、成本低、分散加入方便。
文檔編號(hào)C04B35/81GK101891495SQ20101023196
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者范景波 申請(qǐng)人:昆山攀特電陶科技有限公司