[发明专利]锰掺杂铌镍-锆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，特别是涉及锰掺杂铌镍-锆钛酸铅压电陶瓷及其制备方法。 

背景技术

1880年代，由皮尔.居里(Piere-Curie)和杰克斯.居里(Jacques-Curie)兄弟首先发现电气石的压电效应，从此开始了压电学的历史。压电材料及其应用取得划时代的进展归咎于第二次世界大战期间BaTiO₃压电陶瓷的发现和应用。BaTiO₃陶瓷压电效益较强，但是存在居里温度不高(约120℃)、难以烧结、室温附近存在相变、频率稳定性欠佳等缺点。1952年，美国B.贾菲(B.Jaffe)等人发现了比BaTiO₃压电性能更优异的锆钛酸铅(Pb[Zr_xTi_1-x]O₃，简写为PZT)二元系压电陶瓷，极大的促进了压电材料发展和压电器件的应用。PZT因其优良的压电性能，温度稳定性和事件稳定性好以及组分可调节等优点，长期以来占据压电领域主要市场。为进一步改善PZT系压电陶瓷的性能，以满足现代微电子、精密制造、驱动与传感等领域应用需求，开展了在PZT二元系中固溶其他化合物的三元系压电陶瓷研究，如铌镁酸铅Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃ (PMN)、铌镍酸铅Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃ (PNN)、铌锌酸铅Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃(PZN)等弛豫型铁电体。

Pb[(Ni_1/3Nb_2/3)_x(Zr_yTi_1-y)_1-x]O₃ (PNN-PZT)体系压电陶瓷作为一种三元系弛豫型压电陶瓷，它是由弛豫型铁电体PNN和正常铁电体PZT所形成的固溶体。1965年，E.A.Buyanova等最早开展有关PNN-PZT体系研究，由于该体系陶瓷具有较高的介电常数(ε_r)、压电常数(d₃₃)、机电耦合系数(k_p)，较低烧结温度以及宽相变范围等优良性能，已经成为压电陶瓷领域重要的研究和应用对象。然而，PNN-PZT体系压电陶瓷存在机械品质因数(Q_m)较低、矫顽场(E_c)小、烧结过程易产生焦绿石相等缺点，限制了该体系材料应用范围。

发明内容

解决的技术问题：本发明提供了一种机械品质因数较高、压电和铁电性能优异的锰掺杂铌镍-锆钛酸铅压电陶瓷材料及其制备方法。

技术方案：本发明提供了一种锰掺杂铌镍-锆钛酸铅压电陶瓷，其组成为Pb[(Ni_1/3Nb_2/3)_x(Zr_yTi_1-y)_1-x]O₃+zM，式中x、y、z表示摩尔含量，M为锰或锰的氧化物，其中0.0<x<0.9，0.0<y<0.8，0.0<z<0.3。

作为优选方案，本发明提供的锰掺杂铌镍-锆钛酸铅压电陶瓷，其组成为Pb[(Ni_1/3Nb_2/3)_x(Zr_yTi_1-y)_1-x]O₃+zM，其中0.3<x<0.7，0.2<y<0.6，0.0<z<0.05。

本发明提供的锰掺杂铌镍-锆钛酸铅压电陶瓷，所述锰为纯Mn；所述锰的氧化物为MnO、Mn₂O₃、MnO₂、MnO₃、Mn₂O₇、MnCO₃中的一种或其组合。