[发明专利]钨镁铌镍锆钛酸铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于以成分为特征的陶瓷组合物的，尤其涉及一种钨镁铌镍锆钛酸铅（PWM-PNN-PZT），即Pb[(Mg_1/2W_1/2)_0.01(Ni_1/3Nb_2/3)_0.40Ti_0.356Zr_0.234]O₃体系的压电陶瓷。

背景技术

压电陶瓷是一种具有压电性能的多晶体，是信息功能陶瓷的重要组成部分。其具有机电耦合系数高、价格便宜、易于批量生产等优点，已被广泛应用于社会生产的各个领域。尤其是在超声领域及电子科学技术领域中，压电陶瓷材料已逐渐处于绝对的优势支配地位，如医学及工业超声检测、水声探测、压电换能器、超声马达、显示器件、电控多色滤波器等。然而，在实际元器件中，不同的应用对压电陶瓷材料的性能参数要求不同，有些压电元件的工作环境温度较高，要求的机电耦合系数Kp和压电系数d₃₃都要大，同时，居里温度Tc要高。这就迫使人们对压电陶瓷材料进行相应的性能改进。目前，国内外主要采用两种方法，一种是掺杂改性，即掺杂某种杂质离子通过对A或B位离子少量进行置换，调整材料的性能参数。通过对掺杂影响结果的分析研究，可掌握材料微观结构和电性能之间的内在联系，有助于对现有材料进行改性。根据对材料结构和性能的影响不同，掺杂大致有两种：一种是等价置换改性，一种是不等价置换掺杂改性;另一种是提高性能的方法是改进制备工艺，例如合成工艺、烧结工艺、极化工艺等等。

压电陶瓷通常由几种氧化物或碳酸盐在烧结过程中发生固相反应而形成，其制造工艺与普通的电子陶瓷相似。烧结出来的陶瓷体是多晶体，其自发极化是紊乱取向的，主要成分是铁电体，因此称铁电陶瓷，没有压电性能。对这样的陶瓷体施加强的直流电场进行极化处理，原来混乱取向的自发极化就沿电场方向择优取向。外施强直流电场的作用将促使各晶粒之间的阻尼与应力稳定于一种相对自由能较高的状态。当外场去除后，受到某些弹性力或自发极化畴场的作用，极化轴比较一致的较高自由能状态将部分的有所恢复。但由于这种恢复力不足以克服阻尼势垒，故很大一部分定向状态将被保留下来，使该类陶瓷具有压电效应。由此可见，陶瓷材料的压电效应来源于材料本身的铁电性。可以说，压电陶瓷就是经过人工极化处理的铁电陶瓷。

锆钛酸铅(PZT)陶瓷材料是继碳酸钡(BaTiO₃)之后获得广泛应用的最重要的铁电陶瓷材料。PZT系为钙钛矿结构，在居里温度以上为立方晶系，居里温度以下发生相转变，此时为三方相与四方相。它与BaTiO₃等其它压电陶瓷相比居里温度高、性能更加稳定，且容易掺杂改性，更重要的是PZT可以通过改变组分或变换外界条件使其电物理性能在很大范围内进行调节，如三元系，四元系等，以适应不同需要，从而获得较高性能的材料。

烧结是整个陶瓷制备工艺过程中的关键环节，烧结条件的好坏直接影响着陶瓷材料的致密程度和性能。

对于传统的固相烧结法，就其成本和工艺的复杂性来说，固相法和新的陶瓷微晶制备技术相比，还是最简单的，在生产中容易实现，而且技术成熟，生产稳定，产品性能波动较小，容易实现对最终产品的控制。

发明内容

本发明的目的，是解决PZT体系压电陶瓷的压电常数较低的弊端，通过调整烧结工艺，使得PZT基压电陶瓷的压电性能大大提高，提供一种具有较高的居里温度和较低的介电损耗、适合微位移驱动器应用的大应变压电陶瓷。

本发明通过如下技术方案予以实现。

1.一种钨镁铌镍锆钛酸铅压电陶瓷，其化学计量式为：Pb[(Mg_1/2W_1/2)_0.01(Ni_1/3Nb_2/3)_0.40Ti_0.356Zr_0.234]O₃；

该钨镁铌镍锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法，具有如下步骤：

(1)配料