[发明专利]锑锂复合取代锆钛酸铅B位改性的压电陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种以成分为特征的陶瓷组合物，尤其涉及一种锑锂复合取代PZT的压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷是一种新兴的陶瓷材料，由于其压电性和多样的机电性能，近些年来得了飞速发展和广泛的应用。压电陶瓷是通过高温烧结之后，具有高介电常数、压电性及优异的机电耦合性能的一类多晶介电体，其中最具有代表性的就是锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷。

压电陶瓷产品的应用主要有以下几个类别：

①机械力源(电-机传感器)：压电致动器，压电风扇，超声清洗等；

②传感器(机-电传感器)：超声传感器，爆震传感器，振动传感器，加速传感器等；

③电子电路器件(传感器)：陶瓷滤波器，陶瓷延迟器，表面波滤波器等。

许多公司目前都在致力于研究即开发上面所列出的这些压电产品。更期待新的压电材料的诞生，以用于更广泛的领域。

纯的PbTiO₃-PbZrO₃二元系的熔融温度在1300℃以上。烧结温度高，容易造成Pb的挥发，进而影响陶瓷的压电性能。此外在PZT二元体系中虽然通过调整Zr/Ti的调整可以改变材料的性能参数，但是单靠锆钛比的调整不能满足各种条件对材料性能的要求。Sb₂O₃常被人们用来作软性添加物对PZT进行改性，Sb⁵⁺作为电子施主添加到PZT中，倾向于取代钙钛矿结构(ABO₃型)中的B位，使周围形成Pb²⁺空位。Pb²⁺空位的出现，使得电畴的运动变得相对容易。甚至很小的电场强度或机械应力都可以使畴壁发生移动。表现出介电常数，弹性柔顺系数的增大，同时损耗(tanδ)增加。由于电畴转向变得更容易了，极化后使得沿电场方向的电畴的数目增加。从而增加了剩余极化强度，使得压电系数大大增加。Li₂CO₃的熔点也比较低，在735℃便可以形成液相，同时Li⁺离子半径较小，当取代Pb²⁺时，可以降低c/a，提高材料的介电常数和压电性能。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种获得综合电学性能更好的PZT压电陶瓷的制备方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：

(1)配料

将原料Pb₃O₄、BaCO₃、ZrO₂、TiO₂、Sb₂O₃、Li₂CO₃，按Pb_0.96Ba_0.04(Sb_3/4Li_1/4)_x(Zr_0.52Ti_0.48)_1-xO₃化学计量比配料，其中x＝1～3mol％。于球磨罐中混料，球磨介质为去离子水和ZrO₂球，料∶球∶水的重量比为1∶2∶1，球磨机的转速为750r/min，球磨时间为6h；

(2)合成

将步骤(1)球磨后的粉料在60～100℃干燥箱中烘干，然后放入氧化铝坩埚内，加盖密封，于800℃～900℃之间合成2h；

(3)成型及排塑

将步骤(2)的合成料再次球磨、烘干，外加7wt％的聚乙烯醇水溶液进行造粒，过筛后在400Mpa的压强下压制成型为坯体；然后以3℃/min的速率将坯体升温至200℃，再以1.5℃/min速率从200℃升至400℃，在400℃保温30min后，以5℃/min的速率升至650℃并保温10min，排出有机物；

(4)烧结

将步骤(3)排出有机物的坯体采用锆钛酸铅粉料埋烧，以5℃/min速率升温至1200℃，保温2h，随炉冷却；

(5)烧银

将步骤(4)烧结好的压电陶瓷片表面磨平，采用丝网印刷工艺涂银，置于加热炉中，升温至735℃并保温10min，然后自然冷却至室温；

(6)极化

将步骤(5)的烧银制品，于120℃的硅油中，施加3KV/mm的直流电场，极化15min；

(7)测试压电性能

将步骤(6)极化处理的压电陶瓷片，于室温下静置24h后测试其压电性能。