[发明专利]高性能氧化铝基板铌镍酸铅-锆钛酸铅压电厚膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于铌镍酸铅-锆钛酸铅（PNN-PZT）压电厚膜的，尤其涉及一种低温烧结Al₂O₃基板PNN-PZT压电厚膜的制备方法。

背景技术

压电厚膜通常是指厚度为10～100μm的压电膜。与薄膜相比，其压电、铁电性能较少受界面、表面等的影响，较大的厚度也能产生更大的驱动力，且具有更宽的工作频率；与体材料相比，其工作电压低(小于5V)、使用频率高、与半导体工艺兼容。因此，压电厚膜已被广泛应用于微型驱动器、压电微马达、微流体泵、超声换能器等系统中。

随着电子器械向着小型化和微型化的方向发展，尺寸大、重量沉、需要较高工作电压的块体压电材料已经不能满足人们制作小型化、集成型的电子器件的需要，兼具有压电陶瓷与压电薄膜优点的压电厚膜材料及器件已渐渐成为科学研究的热点和未来块体压电器件的替代品。作为各种微型传感器和执行器的核心部分，压电厚膜材料也随之成为压电陶瓷材料的发展方向。与块体材料相比，压电厚膜工作电压低、使用频率范围宽、能够与半导体集成电路兼容，可制造各种微型机械泵、厚膜微致动器、压力传感器、压电加速度转换器、压电微型驱动器与执行器、热释电红外探测器及微电子机械系统器件等；与薄膜材料比，压电厚膜的压电、铁电性能较少受界面、表面等的影响，较大的厚度也能产生更大的驱动力，且具有更宽的工作频率和更为优越的压电性能，在压电器件方面有很重要的应用，可制备出电性能优异的多种集成和分离的压电、热释电和铁电厚膜器件，还可直接用于厚膜混合集成电路，将有力地推动集成铁电学和电子产业的发展。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种获得高压电性能的Al₂O₃基板的PNN-PZT压电厚膜的制备方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：

(1)配料

将原料Pb₃O₄、Ni₂O₃、Nb₂O₅、ZrO₂、TiO₂、ZnO、La₂O₃按化学式0.2Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-0.8Pb(Zr_1/2Ti_1/2)O₃并外加0.03La₂O₃+0.05ZnO的化学计量比配料，于球磨中混料，球：料：水的重量比为2：1：0.5，球磨时间为4h，再将原料烘干；

(2)合成

将步骤(1)烘干后的粉料放入氧化铝坩埚内，加盖密封，分别于800℃、900℃合成2h；

(3)浆料调节及厚膜印刷

将步骤(2)的合成料再次球磨、烘干，外加5wt%的玻璃料和10wt%的有机载体一起置于球磨罐中混合2h，得到印刷所需浆料；用蒸馏水将Al₂O₃基板超声清洗后烘干备用；用丝网印刷法依次在基板上印刷底电极、陶瓷层、上电极；每印刷一层，在烘箱中120℃烘干10min，待上一层烘干后再印刷下一层；所述机载体为松油醇和乙基纤维素按质量比9:1组成；

(4)排塑及烧结

将步骤(3)制得厚膜以2℃/min升温到200℃，保温30min，再以3℃/min升温到400℃，保温30min，完成排塑；然后以7℃/min速率升温至750℃，保温20min、40min、60min、80min，完成烧结后随炉冷却；

(5)极化

将步骤(4)所得制品，置于130℃的硅油中，施加5KV/mm的直流电场，极化1min，然后去除电场，制成高性能氧化铝基板铌镍酸铅-锆钛酸铅压电厚膜；

(6)测试压电性能

将步骤(5)极化处理的压电厚膜，于室温下静置24h后测试其压电性能。

所述步骤(3)的粉料再次球磨时间为6h。

所述步骤(3)的陶瓷层为7层。

所述步骤(4)中采用的是电极与厚膜低温共烧技术。