[发明专利]一种铌镱酸铅-钛酸铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷是一类具有重要应用的多功能材料，利用其力、热、电、光、声和化学等方面的特殊性能，可对各类信息进行检测、转换、处理和存储，在工业、民用和国防军事等领域应用非常普遍，如医学超声波换能器、水声换能器阵列、压电陶瓷滤波器、声表面波电子器件和电光调制器等。据资料统计：2000年全球压电陶瓷产品销售额约达30亿美元，2010年全球压电陶瓷销售额已近110亿美元，其销售量还在按大约每年15％左右的速度增长。因此对该类材料的基础理论与应用技术的研究具有重要的经济意义。

随着压电陶瓷在工业越来越广泛的应用，人们对压电陶瓷的性能提出了更高的要求：一是需要一种能在较高温度(200℃～300℃)下保持良好压电性能的陶瓷，要求压电陶瓷具有较高的机电耦合系数k_p和压电系数d₃₃，同时，其居里温度T_c也要高；二是随着人们对低能耗的追求，急需一种在较低温度下就能够制备的压电陶瓷，从而降低生产成本，节约资源。现在工业中广泛使用的压电陶瓷是锆钛酸铅陶瓷，市场上已经生产出各种类型的锆钛酸铅压电陶瓷。但是这些锆钛酸铅压电陶瓷难以同时满足上述要求：例如，PZT-5A压电陶瓷虽然具有较高的居里温度(T_c约为365℃)，但是其压电性能相对较差(d₃₃约为374pC/N)；PZT-5H压电性能相对较好(d₃₃约为593pC/N)，但是因为居里温度太低(T_c约为193℃)，很难在较高的温度领域下使用。另一方面，PZT陶瓷的烧结温度大都在1200℃以上，不仅浪费能源，而且一旦含铅压电陶瓷烧结温度超过1000℃，Pb的挥发特别严重，大量铅蒸汽跑到周围环境中，对环境的危害性很大。

发明内容

本发明的目的是要解决现有压电陶瓷不能同时具备高居里温度和高压电性能及现有压电陶瓷的制备方法存在烧结温度高的问题，而提供一种铌镱酸铅-钛酸铅压电陶瓷及其制备方法。

一种铌镱酸铅-钛酸铅压电陶瓷，其化学式为：(1-x)Pb(Yb_1/2Nb_1/2)O₃-xPbTiO₃，其中所述x为：0.49＜x＜0.51。

一种铌镱酸铅-钛酸铅压电陶瓷的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、合成YbNbO₄前驱体：首先将Nb₂O₅和Yb₂O₃放入球磨罐中，然后加入无水乙醇，在转速为120转/min～140转/min下球磨8h～12h，得到球磨混合料，然后在温度为室温下将球磨混合料干燥至恒重，再将干燥后的球磨混合料放入研钵中研磨至粉末粒径为60目～100目，得到粉末混合料，将粉末混合料加入到内腔直径为30mm的模具中，再把模具放在油压机中，在压力为15MPa～20MPa条件下保压1min～3min，得到厚度为3mm～6mm的压片，然后在温度为1100℃～1200℃下将厚度为3mm～6mm的压片烧结时间为2h～4h，将烧结后厚度为3mm～6mm的压片放入研钵中研磨，然后过80目筛，得到过筛后的粉末即为YbNbO₄前驱体；步骤一中所述的Nb₂O₅与Yb₂O₃的摩尔比为1∶1；步骤一中所述加入无水乙醇的质量与Nb₂O₅和Yb₂O₃总质量的比为(11～1.3)∶1；