[发明专利]一种用于高质量打火装置的压电陶瓷材料

说明书

技术领域

本发明涉及压电陶瓷材料，特别涉及同时具有高压电性能(d₃₃、g₃₃、k_p)和低的介电损耗(tanδ)的压电陶瓷材料。可应用于高质量打火装置。

背景技术

压电陶瓷是实现机械能(包括声能)与电能之间转换的重要功能材料，从压电陶瓷出现至今，其应用已遍及人类日常生活及生产的各个方面，尤其在信息的检测、转换、处理和存储等信息技术领域占有极其重要的地位，它可以用于电源、信号源、信号转换、发射与接受、信号处理、传感、计测、存储与显示等领域。

其中压电陶瓷点火器是一种将机械能转化为电火花而点引燃烧物的装置。它是压电陶瓷作为机电换能材料使用的典型实例之一。压电陶瓷点火器的点火过程由高压产生、放电点火和可燃气体点燃等三个阶段组成。压电陶瓷点火器的高压电源，是利用压电陶瓷元件受机械力的作用发生弹性形变而产生的高压输出，然后通过高压火花放电，点燃易燃气体。随着压电陶瓷性能的不断提高和生产技术的逐渐完善，其作为点火装置的应用日益扩大，如各种气体的引燃点火、各类炸药炸弹和火箭的引燃引爆等。

压电陶瓷元件是压电点火装置中的重要组成部分，元件质量的优劣直接影响器件的性能，如着火率和使用寿命等。用于点火器的压电陶瓷材料除了要求具有较大的压电电压常数和机电耦合系数外，还要求具有较低的介电损耗。众所周知，作为打火装置的压电陶瓷材料，优良的压电性能可以完成高压放电，同时材料较低的介电损耗有利于提高打火装置的循环使用次数。

目前，国内外科技人员对用于打火装置的压电陶瓷材料进行了大量的研究，但是大都存在压电电压常数较低、介电损耗较高，无法同时满足优化两种性能的矛盾。从种种体系压电陶瓷材料的性能可以看出，高的压电性能和低的介电损耗具有相互矛盾的局限，这在很大程度上限制了压电陶瓷材料在压电打火装置中的应用。

发明内容

本发明提供一种压电陶瓷材料，解决现有的用于打火装置的压电陶瓷材料高压电性能和低介电损耗具有的矛盾，既具有高的压电性能，又具有较低的介电损耗，以满足高质量压电点火装置的要求。

本发明的一种压电陶瓷材料，为铅锰锑-铅锌铌体系压电陶瓷材料，基体各组分烧结成固熔体粉末，其特征在于：该陶瓷材料为基体固熔体粉末中掺杂铁酸铋烧结成的固熔体陶瓷，基体配方摩尔比为：Pb_0.95Sr_0.05(Mn_1/3Sb_2/3)(Zn_1/3Nb_2/3)(Zr_0.5Ti_0.5)O₃，掺杂的铁酸铋为基体固熔体粉末总量的0.2wt％～0.6wt％，优选0.3wt％～0.45wt％，最佳为0.4wt％。

本发明的压电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按以下摩尔比配方构成基体配料：

Pb_0.95Sr_0.05(Mn_1/3Sb_2/3)(Zn_1/3Nb_2/3)(Zr_0.5Ti_0.5)O₃；

(2)将Pb₃O₄、ZrO₂、TiO₂、MnO₂、Sb₂O₃、ZnO、Nb₂O₅和SrCO₃根据步骤(1)的配比混合球磨，烘干后预压成块，在900℃条件下预烧结，保温2小时，粉碎后得到基体粉料；

(3)于基体粉料中掺杂铁酸铋，掺杂量为基体粉料的0.2wt％～0.6wt％；

(4)将掺杂了铁酸铋的基体粉料细磨，烘干后采用质量浓度5％的聚乙烯醇水溶液作粘接剂造粒，陈腐24小时后压制成型，于800℃排除粘接剂，然后在1270℃烧结，保温2小时，得到陶瓷材料。

所述的压电陶瓷材料的制备方法中，优选条件是在基体粉料中掺杂铁酸铋的量为基体粉料的0.3wt％～0.45wt％。最佳为0.4wt％。