專利名稱：一種壓電陶瓷組合物和壓電陶瓷的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電材料，具體涉及一種壓電陶瓷組合物和壓電陶瓷的制造方法。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料。壓電陶瓷屬于無機(jī)非金屬材料，是一種具有壓電效應(yīng)的多晶體。陶瓷類的壓電材料包括碳酸鋇、鋯鈦酸鉛 (PZT)等。鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷材料具有優(yōu)越的壓電性能，居里溫度高，機(jī)電耦合系數(shù)及機(jī)械品質(zhì)因數(shù)大，溫度穩(wěn)定性和耐久性好，可做成任意形狀。其不足是，由于燒結(jié)溫度高 (1300°C左右)，PbO易揮發(fā)，經(jīng)常導(dǎo)致化學(xué)計(jì)量比發(fā)生偏差，性能難以穩(wěn)定控制。PbO的揮發(fā)還對環(huán)境產(chǎn)生損害，影響人體健康。因此尋找具有期望的壓電性能但燒結(jié)溫度低的壓電陶瓷材料和工藝一直是人們努力的方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種壓電陶瓷組合物及采用該壓電陶瓷組合物制造壓電陶瓷的方法。本發(fā)明中的壓電陶瓷組合物包括四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦，其特征在于， 還包括三氧化二銻，所述三氧化二銻的含量為四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦三者重量之和的0. 5-2重量％。在一種優(yōu)選的具體實(shí)施方式
中，所述三氧化二銻的含量為四氧化三鉛、二氧化鋯、 二氧化鈦三者重量之和的0. 8-1. 8重量％。在一種進(jìn)一步優(yōu)選的具體實(shí)施方式
中，所述三氧化二銻的含量為四氧化三鉛、二氧化錯(cuò)、二氧化鈦三者重量之和的I. 0-1. 5重量％。在一種具體實(shí)施方式
中，所述壓電陶瓷組合物還包括碳酸鋰，其含量為為四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦三者重量之和的0. 1-0. 3重量％。優(yōu)選地，碳酸鋰的含量為為四氧化三鉛、二氧化錯(cuò)、二氧化鈦三者重量之和的0. 2-0. 3重量％。本發(fā)明還提供了一種制造壓電陶瓷的方法，包括準(zhǔn)備上述壓電陶瓷組合物；燒結(jié)所述壓電陶瓷組合物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用本發(fā)明的壓電陶瓷組合物制成的壓電陶瓷具有優(yōu)異的性能， 如介電常數(shù)> 6000，壓電常數(shù)D33 ^ 600，機(jī)電能量轉(zhuǎn)換系數(shù)> 65% ;而且燒結(jié)溫度可比不含三氧化二銻和碳酸鋰的壓電材料低100-200°C，具有悅目外觀。
具體實(shí)施例方式應(yīng)該理解，下面描述的本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅為說明本發(fā)明用，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書進(jìn)行限定。本發(fā)明中的壓電陶瓷組合物包括四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦這些制作壓電陶瓷材料時(shí)常用的組分。此外，本發(fā)明的壓電陶瓷組合物還包括三氧化二銻。三氧化二銻一般認(rèn)為是一種阻燃劑，但也常用于陶瓷工藝中來增白陶瓷從而獲得悅目外觀。發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，在常用的壓電陶瓷組合物中加入適量的三氧化二銻可以降低壓電陶瓷材料的燒結(jié)溫度但不實(shí)質(zhì)性影響壓電陶瓷的性能。燒結(jié)溫度的降低不但可減少PbO的揮發(fā)，增強(qiáng)壓電陶瓷的性能穩(wěn)定性，而且可以減少環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明中的壓電陶瓷組合物中的三氧化二銻的適宜的加入量為為四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦三者重量之和的0. 5-2重量％。優(yōu)選0. 8-1. 8重量％，更優(yōu)選I. 0-1. 5重量％。本發(fā)明中的壓電陶瓷組合物還可進(jìn)一步包括碳酸鋰。已知碳酸鋰用于陶瓷可提升陶瓷的熱穩(wěn)定性。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)在所述壓電陶瓷組合物中加入適量碳酸鋰可進(jìn)一步降低壓電陶瓷的燒結(jié)溫度。本發(fā)明中的壓電陶瓷組合物中的碳酸鋰的適宜的加入量為四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦三者重量之和的0. 1-0. 3重量％。優(yōu)選0. 2-0. 3重量％。實(shí)施例I
將四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦先進(jìn)行烘干處理，然后用分析天平分別稱取四氧化三鉛1206. 88克；二氧化鋯464. 84克；二氧化鈦257. 41克。然后，將上述稱取的三種物質(zhì)濕混6小時(shí)、脫水、干燥、在960°C煅燒2小時(shí)、振磨機(jī)粉碎、加入3重量％的聚乙烯醇粘結(jié)劑、在I. 5噸/cm2的壓力下制成直徑為12mm、厚度為I. 2mm的圓盤、在900°C下排膠；1300°C下燒成(該溫度下堆積密度達(dá)到飽和，堆積密度等于重量與體積之比)；鍍電極; 3000V/mm進(jìn)行極化，然后測量所得產(chǎn)品的介電常數(shù)、壓電常數(shù)D33和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)，得到的結(jié)果如下介電常數(shù)6355 ； D33:612 ;機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)68%。實(shí)施例2
將四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦先進(jìn)行烘干處理，然后用分析天平分別稱取四氧化三鉛1206. 88克；二氧化鋯464. 84克；二氧化鈦257. 41克。然后，再稱取烘干的三氧化二銻9. 65克。然后，將上述稱取的四種物質(zhì)濕混6小時(shí)、脫水、干燥、在960°C煅燒2小時(shí)、粉碎、加入3重量％的聚乙烯醇粘結(jié)劑、在I. 5噸/cm2的壓力下制成直徑為12mm、厚度為I. 2mm的圓盤、在900°C下排膠；1200°C下燒成(該溫度下堆積密度達(dá)到飽和，堆積密度等于重量與體積之比);鍍電極；3000V/mm進(jìn)行極化，然后測量所得產(chǎn)品的介電常數(shù)、壓電常數(shù) D33和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)，得到的結(jié)果如下介電常數(shù)6280 ； D33:635 ;機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)67%。同時(shí)觀察到所燒成的產(chǎn)品顏色較白。實(shí)施例3
將四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦先進(jìn)行烘干處理，然后用分析天平分別稱取四氧化三鉛1206. 88克；二氧化鋯464. 84克；二氧化鈦257. 41克。然后，再稱取烘干的三氧化二銻19. 56克。然后，將上述稱取的四種物質(zhì)濕混6小時(shí)、脫水、干燥、在960°C煅燒2小時(shí)、粉碎、加入3重量％的聚乙烯醇粘結(jié)劑、在I. 5噸/cm2的壓力下制成直徑為12mm、厚度為I. 2mm的圓盤、在900°C下排膠；1155°C下燒成(該溫度下堆積密度達(dá)到飽和，堆積密度等于重量與體積之比);鍍電極；3000V/mm進(jìn)行極化，然后測量所得產(chǎn)品的介電常數(shù)、壓電常數(shù) D33和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)，得到的結(jié)果如下介電常數(shù)6185 ； D33:612 ;機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)66%。同時(shí)觀察到所燒成的產(chǎn)品顏色更白。實(shí)施例4
將四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦先進(jìn)行烘干處理，然后用分析天平分別稱取四氧化三鉛1206. 88克；二氧化鋯464. 84克；二氧化鈦257. 41克。然后，再稱取烘干的三氧化二銻38. 33克。然后，將上述稱取的四種物質(zhì)濕混6小時(shí)、脫水、干燥、在960°C煅燒2小時(shí)、粉碎、加入3重量％的聚乙烯醇粘結(jié)劑、在I. 5噸/cm2的壓力下制成直徑為12mm、厚度為I. 2mm的圓盤、在900°C下排膠；1120°C下燒成(在該溫度下堆積密度達(dá)到飽和，堆積密度等于重量與體積之比);鍍電極；3000V/mm進(jìn)行極化，然后測量所得產(chǎn)品的介電常數(shù)、壓電常數(shù)D33和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)，得到的結(jié)果如下介電常數(shù)6185 ； D33:612 ;機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)66%。同時(shí)觀察到所燒成的產(chǎn)品不實(shí)施例3顏色更白。實(shí)施例5
將四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦先進(jìn)行烘干處理，然后用分析天平分別稱取四氧化三鉛1206. 88克；二氧化鋯464. 84克；二氧化鈦257. 41克。然后，再稱取烘干的三氧化二銻40. 25克。然后，將上述稱取的四種物質(zhì)濕混6小時(shí)、脫水、干燥、在960°C煅燒2小時(shí)、粉碎、加入3重量％的聚乙烯醇粘結(jié)劑、在I. 5噸/cm2的壓力下制成直徑為12mm、厚度為I. 2mm的圓盤、在900°C下排膠；1120°C下燒成(該溫度下堆積密度達(dá)到飽和，堆積密度等于重量與體積之比);鍍電極；3000V/mm進(jìn)行極化，然后測量所得產(chǎn)品的介電常數(shù)、壓電常數(shù) D33和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)，得到的結(jié)果如下介電常數(shù)6160 ； D33:618 ;機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)67%。實(shí)施例6
將四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦先進(jìn)行烘干處理，然后用分析天平分別稱取四氧化三鉛1206. 88克；二氧化鋯464. 84克；二氧化鈦257. 41克。然后，再稱取烘干的三氧化二銻9. 28克。然后，將上述稱取的四種物質(zhì)濕混6小時(shí)、脫水、干燥、在960°C煅燒2小時(shí)、粉碎、加入3重量％的聚乙烯醇粘結(jié)劑、在I. 5噸/cm2的壓力下制成直徑為12mm、厚度為I. 2mm的圓盤、在900°C下排膠；1290°C下燒成(在該溫度下堆積密度達(dá)到飽和，堆積密度等于重量與體積之比);鍍電極；3000V/mm進(jìn)行極化，然后測量所得產(chǎn)品的介電常數(shù)、壓電常數(shù)D33和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)，得到的結(jié)果如下介電常數(shù)6160 ； D33:618 ;機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)67%。由實(shí)施例2-5可知，當(dāng)添加的三氧化二銻的量約為四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦三者重量之和的0. 5-2重量％時(shí)，壓電陶瓷的燒成溫度相比實(shí)施例I降低100-200°C。而當(dāng)三氧化二銻的量小于四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦三者重量之和的約0.5重量％時(shí)或當(dāng)三氧化二銻的量大于四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦三者重量之和的約2重量％時(shí)，燒成溫度相比實(shí)施例I沒有顯著變化。實(shí)施例7
將四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦先進(jìn)行烘干處理，然后用分析天平分別稱取四氧化三鉛1206. 88克；二氧化鋯464. 84克；二氧化鈦257. 41克。然后，再稱取烘干的三氧化二銻38. 33克、碳酸鋰I. 93克。然后，將上述稱取的五種物質(zhì)濕混6小時(shí)、脫水、干燥、在 960°C煅燒2小時(shí)、粉碎、加入3重量％的聚乙烯醇粘結(jié)劑、在I. 5噸/cm2的壓力下制成直徑為12mm、厚度為I. 2mm的圓盤、在900°C下排膠；1100°C下燒成(在該溫度下堆積密度達(dá)到飽和，堆積密度等于重量與體積之比);鍍電極；3000V/mm進(jìn)行極化，然后測量所得產(chǎn)品的介電常數(shù)、壓電常數(shù)D33和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)，得到的結(jié)果如下介電常數(shù)6150 ； D33:608 ;機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)66%。實(shí)施例8
將四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦先進(jìn)行烘干處理，然后用分析天平分別稱取四氧化三鉛1206. 88克；二氧化鋯464. 84克；二氧化鈦257. 41克。然后，再稱取烘干的三氧化二銻38. 33克、碳酸鋰5. 80克。然后，將上述稱取的五種物質(zhì)濕混6小時(shí)、脫水、干燥、在 960°C煅燒2小時(shí)、粉碎、加入3重量％的聚乙烯醇粘結(jié)劑、在I. 5噸/cm2的壓力下制成直徑為12mm、厚度為I. 2mm的圓盤、在900°C下排膠；1080°C下燒成(在該溫度下堆積密度達(dá)到飽和，堆積密度等于重量與體積之比);鍍電極；3000V/mm進(jìn)行極化，然后測量所得產(chǎn)品的介電常數(shù)、壓電常數(shù)D33和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)，得到的結(jié)果如下介電常數(shù)6080 ； D33:605 ;機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)66%。實(shí)施例9
將四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦先進(jìn)行烘干處理，然后用分析天平分別稱取四氧化三鉛1206. 88克；二氧化鋯464. 84克；二氧化鈦257. 41克。然后，再稱取烘干的三氧化二銻38. 33克、碳酸鋰6. 14克。然后，將上述稱取的五種物質(zhì)濕混6小時(shí)、脫水、干燥、在 960°C煅燒2小時(shí)、粉碎、加入3重量％的聚乙烯醇粘結(jié)劑、在I. 5噸/cm2的壓力下制成直徑為12mm、厚度為I. 2mm的圓盤、在900°C下排膠；1080°C下燒成(在該溫度下堆積密度達(dá)到飽和，堆積密度等于重量與體積之比);鍍電極；3000V/mm進(jìn)行極化，然后測量所得產(chǎn)品的介電常數(shù)、壓電常數(shù)D33和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)，得到的結(jié)果如下介電常數(shù)6075 ； D33:606 ;機(jī)電能量轉(zhuǎn)換常數(shù)65%。由由實(shí)施例7-8可知，在添加適量三氧化二銻的基礎(chǔ)上，再添加的碳酸鋰的量約為四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦三者重量之和的約0. 1-0. 3重量％時(shí)，壓電陶瓷的燒成溫度會有進(jìn)一步降低，而當(dāng)碳酸鋰的量大于四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦三者重量之和的約0. 3重量％時(shí)，燒成溫度不再有顯著變化?；趯Ρ景l(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的描述，應(yīng)該清楚，由所附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明并不僅僅局限于上面說明書中所闡述的特定細(xì)節(jié)，未脫離本發(fā)明宗旨或范圍的對本發(fā)明的許多顯而易見的改變同樣可能達(dá)到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種壓電陶瓷組合物，包括四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦，其特征在于，還包括三氧化二銻，所述三氧化二銻的含量為四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦三者重量之和的 0. 5-2 重量 ％。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷組合物，其特征在于，所述三氧化二銻的含量為四氧化三鉛、二氧化錯(cuò)、二氧化鈦三者重量之和的0. 8-1. 8重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電陶瓷組合物，其特征在于，所述三氧化二銻的含量為四氧化三鉛、二氧化錯(cuò)、二氧化鈦三者重量之和的I. 0-1. 5重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷組合物，其特征在于，還包括碳酸鋰，其含量為四氧化三鉛、二氧化錯(cuò)、二氧化鈦三者重量之和的0. 1-0. 3重量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電陶瓷組合物，其特征在于，碳酸鋰的含量為為四氧化三鉛、二氧化錯(cuò)、二氧化鈦三者重量之和的0. 2-0. 3重量％。
6.一種壓電陶瓷的制造方法，包括準(zhǔn)備壓電陶瓷組合物；和燒結(jié)所述壓電陶瓷組合物，其中所述壓電陶瓷組合物包括四氧化三鉛、二氧化錯(cuò)、二氧化鈦，還包括三氧化二鋪， 所述三氧化二銻的含量為四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦三者重量之和的0. 5-2重量％。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓電陶瓷的制造方法，其特征在于，所述壓電陶瓷組合物還包括還碳酸鋰，其含量為四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦三者重量之和的0. 1-0. 3重量％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓電材料，具體涉及一種壓電陶瓷組合物和壓電陶瓷的制造方法。本發(fā)明中的壓電陶瓷組合物包括四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦，其特征在于，還包括三氧化二銻，所述三氧化二銻的含量為四氧化三鉛、二氧化鋯、二氧化鈦三者重量之和的0.5-2重量%。本發(fā)明還提供了一種制造壓電陶瓷的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用本發(fā)明的壓電陶瓷組合物制成的壓電陶瓷具有優(yōu)異的壓電性能，如介電常數(shù)≥6000，壓電常數(shù)D33≥600，機(jī)電能量轉(zhuǎn)換系數(shù)≥65%；而且燒結(jié)溫度可比不含三氧化二銻和碳酸鋰的壓電材料低100-200℃。
文檔編號C04B35/491GK102603295SQ20121008723
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者王毅君, 芮國林 申請人:江蘇億隆新能源科技發(fā)展有限公司