專利名稱：一種低溫燒結(jié)且老化率低的pzt壓電陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種低溫燒結(jié)且老化率低的PZT壓電陶瓷材料及其制備方法，屬于壓電陶瓷材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷，是一種能夠?qū)C械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，屬于無機非金屬材料。這是一種具有壓電效應(yīng)的材料。所謂壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)在力的作用下，產(chǎn)生形變，引起介質(zhì)表面帶電，這是正壓電效應(yīng)。反之，施加激勵電場，介質(zhì)將產(chǎn)生機械變形，稱逆壓電效應(yīng)。這種奇妙的效應(yīng)已經(jīng)被科學(xué)家應(yīng)用在與人們生活密切相關(guān)的許多領(lǐng)域，以實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、傳感、驅(qū)動、頻率控制等功能。在能量轉(zhuǎn)換方面，利用壓電陶瓷將機械能轉(zhuǎn)換成電能的特性，可以制造出壓電點火器、移動X光電源、炮彈引爆裝置。電子打火機中就有壓電陶瓷制作的火石，打火次數(shù)可在100萬次以上。用壓電陶瓷把電能轉(zhuǎn)換成超聲振動，可以用來探尋水下魚群的位置和形狀，對金屬進行無損探傷，以及超聲清洗、超聲醫(yī)療，還可以做成各種超聲切割器、焊接裝置及烙鐵，對塑料甚至金屬進行加工。自1880年居里兄弟發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)以來，這一效應(yīng)已在各行各業(yè)和社會生活的各個方面得到廣泛的應(yīng)用，壓電陶瓷也因此成為除介電陶瓷之外產(chǎn)量較大的電子陶瓷材料。最早被發(fā)現(xiàn)的壓電陶瓷材料為鈦酸鋇，但自50年代PZT陶瓷被發(fā)現(xiàn)以來，PZT就因其機電耦合系數(shù)高、溫度穩(wěn)定性好、居里溫度較高，而且可通過適當?shù)娜〈砑痈男赃_到不同用途等優(yōu)越性，大量占有了壓電陶瓷市場。關(guān)于PZT材料的研究也從探索各種取代添加對材料性能的影響，逐漸拓寬到微觀結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系以及工藝過程的各個方面。PZT材料的低溫燒結(jié)即為其中方向之一。PZT陶瓷一般在1300°C左右燒結(jié)，PbO揮發(fā)嚴重，這不僅會造成環(huán)境污染，而且會導(dǎo)致PZT陶瓷的實際組分偏離所設(shè)計的配方，使其電性能劣化。研究PZT材料的低溫燒結(jié)不僅可以降低電能消耗，而且可以減少PbO的揮發(fā)，避免陶瓷組分的波動及偏離設(shè)計組成，同時也減輕了 PbO揮發(fā)所帶來的環(huán)境污染問題。極化處理后的壓電陶瓷性能隨存放時間的延長而變化的現(xiàn)象，稱為其性能的老化。壓電陶瓷放置的時間越長，總的變化量越大，但變化的速度會逐漸減緩。這個變化是不可逆的，除非其受到新的激勵和干擾(如重新人工極化處理等)，否則不會再具有原來水平的性能。一般規(guī)律是:介電常數(shù)、介電損耗、壓電常數(shù)、彈性柔順系數(shù)都變??；而頻率常數(shù)、機械品質(zhì)因數(shù)值變大。而發(fā)現(xiàn)，這些性能參數(shù)的變化基本上與時間的對數(shù)呈線性關(guān)系，即
權(quán)利要求
1.一種低溫燒結(jié)且老化率低的PZT壓電陶瓷材料，其特征在于包括主體成分和附加成分，主體成分組成式為Pb [ (Sb275Nb375) ,ZryTi1^y] O3,其中0.008彡X彡0.015，0.47 ^ y ^ 0.51 ;附加成分為占主體成分質(zhì)量百分比0.98 1.63%的SnO20
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫燒結(jié)且老化率低的PZT壓電陶瓷材料，其他特征在于:所述的附加成分為占主體成分質(zhì)量百分比0.98^1.12%的Sn02。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫燒結(jié)且老化率低的PZT壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于，制備步驟如下:3.1、按組成式 Pb[(Sb2/5Nb3/5)xZryTih_y]03，其中 0.008 ^ x ^ 0.015，0.47 ^ y ^ 0.51中Pb、Sb、Nb、Zr和Ti各元素的數(shù)量比稱取原料Pb304、Sb203、Nb205、Zr02、Ti02進行配料，并稱取占主體成分質(zhì)量百分比0.98^1.63%的SnO2原料；將上述原料和去離子水加入攪拌球磨機混料3飛小時，出料用壓濾罐濾水，之后烘干； 3.2、再加入占物料質(zhì)量分數(shù)5 9%去離子水，過40目篩后壓塊，在78(T820°C下利用隧道窯進行預(yù)燒2 3小時； 3.3、預(yù)燒后再進過粉碎研磨、造粒、干壓成型步驟后在106(Γ1120 的條件下通過隧道窯進行燒結(jié)2 4小時得半成品；半成品經(jīng)烤銀、極化后即得。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低溫燒結(jié)且老化率低的PZT壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于:步驟 3.3中在隧道窯中的燒結(jié)溫度為108(Tll00°C。
全文摘要
一種低溫燒結(jié)且老化率低的PZT壓電陶瓷材料及其制備方法，屬于壓電陶瓷材料領(lǐng)域。其特征在于包括主體成分和附加成分，主體成分組成式為Pb[(Sb2/5Nb3/5)xZryTi1-x-y]O3，其中0.008≤x≤0.015，0.47≤y≤0.51；附加成分為占主體成分質(zhì)量百分比0.98~1.63%的SnO2。并在選料、預(yù)燒成型后在1060~1120℃的條件下燒結(jié)。本發(fā)明通過以復(fù)合離子組合(Sb2/5Nb3/5)對鋯鈦酸鉛的配方中的鋯(Zr)和鈦(Ti)進行取代調(diào)整及添加少量的錫(Sn)元素進行摻雜改性，所需燒結(jié)溫度低，PZT壓電陶瓷材料的老化率也大大降低。
文檔編號C04B35/493GK103204679SQ201310144548
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者孫兆海, 馬濤 申請人:淄博宇海電子陶瓷有限公司