[发明专利]一种掺杂PSMZT压电陶瓷及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于低温烧结电子陶瓷材料及其制造领域，具体涉及一种掺杂PSMZT压电陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着压电器件向着小型化、微型化和集成化方向发展，探索低烧结温度、高性能压电陶瓷材料已成为压电陶瓷器件发展的一个重要方向。锆钛酸铅(PZT)基压电陶瓷具有优异的机电性能，被广泛地应用于压电、热电或铁电器件，例如机电传感器、换能器、变压器、超声马达或电脑的记忆显示器件等。

我国是世界压电陶瓷及器件行业中的生产大国和出口大国。几年来，由于通信、计算机、电子仪表、家用电器和数字电路技术的普及发展，压电陶瓷材料及其器件的市场需求日益增长。随着信息产业的飞速发展，压电陶瓷器件已在音视频、通讯和电脑等领域大量应用。我国在压电陶瓷材料及应用技术研究和开发方面已有长期的积累，但在压电陶瓷粉体的低温烧结和多层片式压电陶瓷器件的制备技术等方面还存在不足。

器件的小型化集成化要求体积更小输出功率更高的多层压电陶瓷器件。由于传统铅基压电陶瓷的烧结温度为1200-1350℃，在多层压电陶瓷器件制备过程中，存在内电极的烧制这个环节，一方面高温烧结叠层压电器件需要熔点高的贵金属作为内电极，增加输出成本；另一方面高温烧结会引起PbO的挥发，使得陶瓷的微观结构和性能难以控制，损坏内电极，使器件的性能恶化(何杰，孙清池.SiO₂对低温烧结PMSZT压电陶瓷性能的影响.压电与声光，2008，30(2)：224-227)。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种低烧结温度和高性能的掺杂PSMZT(锑锰锆钛酸铅三元系压电陶瓷的缩写)压电陶瓷。

本发明的另一目的在于在于提供上述掺杂PSMZT压电陶瓷的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述掺杂PSMZT压电陶瓷在制备多层压电器件的应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种掺杂PSMZT压电陶瓷，基本组成为Pb_0.98Sr_0.02(Mn_1/3Sb_2/3)_x(Zr_0.5Ti_0.5)_1-xO₃(0≤x≤0.1)，掺入质量百分浓度a％的CoNb₂O₆、质量百分浓度b％的Bi₂O₃、质量百分浓度c％的Li₂CO₃、质量百分浓度d％的CuO和质量百分浓度e％的NiO，其中0.1≤a≤0.2，0.1≤b≤0.3，0.1≤c≤0.3，0.1≤d≤0.3，0.05≤e≤0.3。

上述掺杂PSMZT压电陶瓷的制备方法，包括如下具体步骤：

(1)按摩尔百分比为Nb∶Co＝2∶1称量Nb₂O₅和Co₂O₃原料，干燥后混合球磨，于1050～1200℃下合成CoNb₂O₆；

(2)按通式Pb_0.98Sr_0.02(Mn_1/3Sb_2/3)_x(Zr_0.5Ti_0.5)_1-xO₃(0≤x≤0.1)的摩尔百分比称量Pb₃O₄、SrCO₃、MnO₂、Sb₂O₃、ZrO₂和TiO₂原料，混合，球磨，干燥后过筛，800～900℃预烧并保温2～4h，合成PSMZT预烧物；