[发明专利]添加碳酸钡的铌锑酸铅-锆钛酸铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于以成分为特征的陶瓷组合物的，尤其涉及钡掺杂铌锑酸铅-锆钛酸铅压电陶瓷。

背景技术

压电陶瓷是一种实现机械能与电能相互转化的功能陶瓷材料，它既具有铁电陶瓷的一般性能，又具有独特的压电性能。压电陶瓷材料由于具有独特的压电性能，优异的机电耦合性能及介电性和弹性性能，且制备工艺简单、体积小、不受电磁干扰、成本低等特点，因此在航天、信息、生物、精密仪器等高新技术领域及工业生产中都得到了广泛应用。

压电陶瓷的应用主要分两个方面：压电振子和换能器。在压电振子应用方面，主要是振荡器、谐振器、滤波器、延迟线、变压器等。压电陶瓷变压器是20世纪50年代开始研制的一种新型压电器件，具有升压比高、重量轻、体积小、驱动电压低、无泄漏电磁场等优点，目前压电变压器已用于电子计算机显示设备、雷达显示器、扫描电子显微镜、静电除尘、离子发生器和压电材料的极化等所需高压设备中。在换能器应用方面，主要是传声器、超声换能器、测量仪器等。在科学和工农业生产等各个方面需要把检测到的非电学量信息变成电学量，以便于放大、运算、传送记录和显示，能完成这种转换的主要器件是以固体元件为主的电子传感器。用压电陶瓷制成的测量和感知各种物理量及其变化的传感器，则是最佳的选择，压电传感器也已经成为各种检测仪器和控制系统的关键部件。主要有压电陀螺、压电加速度计、压电陶瓷流量计、压电电子称、压电计数器、结霜传感器、表面粗糙度测量仪、摆钟综合测试仪和磨削接触检测仪等。

PSN-PZT三元系压电陶瓷材料以其较好的介电性能，较稳定的谐振频率，较高的机电耦合系数和居里温度而被广泛研究和应用。研究者们主要是从三个方面去调节PSN-PZT的介电等综合性能。一是改变Zr/Ti和(Sb_1/2Nb_1/2)量；二是掺杂改性，包括等价离子(如Ba²⁺等)和不等价离子(如Nb⁵⁺等)掺杂等；三是改变制备工艺(如合成与烧结温度、极化制度)等。众所周知，PSN-PZT陶瓷的特点是机电耦合系数高，稳定性好，但是综合性能一般，限制了其使用范围。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，通过掺杂不同摩尔含量的钛酸钡，提供一种具有更好综合压电性能的锑酸铅-锆钛酸铅(PSN-PZT)压电陶瓷及其制备方法。

本发明通过以下技术方案予以实现。

一种添加碳酸钡的铌锑酸铅-锆钛酸铅压电陶瓷，其原料组分及其摩尔百分比含量为Pb_1-xBa_x(Zr_0.52Ti_0.48)_0.98(Nb_1/2Sb_1/2)_0.02O₃，其中x＝4.0mol％～12.0mol％。

所述压电陶瓷是单一钙钛矿结构。

一种添加碳酸钡的铌锑酸铅-锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法，具有如下步骤：

(1)配料

按Pb_1-xBa_x(Zr_0.52Ti_0.48)_0.98(Nb_1/2Sb_1/2)_0.02O₃化学计量比配料，其中x＝0mol％～12.0mol％，原料为Pb₃O₄、ZrO₂、TiO₂、Sb₂O₃、Nb₂O₅和BaCO₃，于球磨罐中混料，球∶料∶水的重量比为2∶1∶0.5，球磨时间为3h，然后将原料烘干；

(2)合成

将步骤(1)烘干后的原料放入氧化铝坩埚内，加盖密封，于900℃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