[发明专利]一种大应变电致伸缩陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于将电能量转换成机械能量的机电换能器材料技术领域，特别涉及一种大应变电致伸缩陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

能够把电能量转换成机械位移和振动能的电致伸缩材料在制作用于精确控制机械位移的致动器和制作用于主动型声纳、超声波发生器的电声转换器等技术领域中有广泛的需求。目前工业界广泛使用地是压电材料，利用压电材料的逆压电效应通过施加电场使压电材料产生应变把电能量转换为机械能。压电材料的优点是施加小的电场强度就可以使材料产生应变，并且产生的应变量与施加的电场强度成线性关系。但是，压电材料存在的缺点是只适用于小外加电场强度的条件，并且产生的应变量也比较小，难以满足大应变量的位移致动器和大能量电声换能器的发展需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种大应变电致伸缩陶瓷材料及其制备方法，该方法通过施加电场能够产生大应变量和大机械推力、同时具有高的机电转换效率的电致伸缩陶瓷材料，以满足制作大位移致动器和大能量电声换能器的材料要求。

本发明的大应变电致伸缩陶瓷材料由含有化学元素Pb、Zr、Sn、Ti、La、Ba的氧化物组成，原料包括含有上述化学元素的金属氧化物、碳酸盐、氢氧化物。含有上述化学元素金属氧化物的摩尔百分比为：PbO：40-45％，ZrO₂：25-35％，SnO₂：10-15％，TiO₂：5-10％，La₂O₃：4-8％，BaO：1-5％。

要求含有化学元素Pb、Zr、Sn、Ti、La、Ba的原料纯度达到化学分析纯以上的等级，原料的平均颗粒度小于1μm；

大应变电致伸缩陶瓷材料的制备方法如下：

1)按照上述原料比例进行混合，用去离子水或者化学分析纯无水乙醇为介质，球磨4-6小时，得到混合均匀颗粒细小的粉体；

2)将球磨后的粉体在保温烘干后压制成块，放置到三氧化二铝坩埚中加盖密封，在800-900℃保温3-6小时预烧；

3)将预烧后的块体粉碎后再次球磨4-6小时，然后烘干；

4)经过造粒、压坯、排塑常规工序将烘干的粉体加工成素坯；

5)将素坯放置到三氧化二铝坩埚中加盖密封，在富铅气氛中烧结，陶瓷烧结采用100-180℃/小时的升温速率到1340-1380℃保温10-30分钟，用2-6℃/分钟的降温速率将炉温降至1280-1300℃，保温2-3小时，然后，采用100-150℃/小时的降温速率将炉温降低到室温；

6)将烧成的陶瓷放置在富氧气氛中在800-900℃保温4-12小时做退火处理，即得大应变电致伸缩陶瓷材料。

采用本发明的材料配方和制备方法，可以制作出纵向电致应变量S₃₃达到0.3％、机电转换效率达到50％以上的大应变、高机电转换效率的电致伸缩陶瓷材料。该陶瓷材料并且具有大的机械推力和宽的工作温度范围。

附图说明

图1是实施例1样品的纵向应变量S₃₃随外加正弦交变电场强度E的变化曲线图。

图2是实施例2样品的纵向应变量S₃₃随外加正弦交变电场强度E的变化曲线图。

图3是实施例3样品的纵向应变量S₃₃随外加正弦交变电场强度E的变化曲线图。

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

本发明并不局限于这些实施例，在本发明的材料配方范围和制备方法内均可以达到本发明的目的。

实施例1：