[发明专利]一种钛酸铅压电陶瓷及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛酸铅压电陶瓷，以La₂O₃及MnO₂为改性剂，制得改性的高温高频钛酸铅压电陶瓷，并提供了一种高温高频钛酸铅压电陶瓷的制备方法。

背景技术

钛酸铅PbTiO₃（简称PT）陶瓷是一种与BaTiO₃具有相似结构的钙钛矿型结构的压电、铁电材料，其居里温度高达490℃，介电常数特别低，比PZT小一个数量级，其对时间温度的稳定性也特别好，是一种优秀的高温高频压电陶瓷材料。其厚度、径向各向异性特别大，适合单向发射。由于其良好的高温性能、时间温度老化性能、各向异性大的特点和良好的热释电性能，在高温探井、金属探伤、高频器件、航天压电陀螺、航天用高度指示器、人造卫星地平仪、气象温度探测仪等方面有广泛的应用前景。近年来很多科研机构都开展了相关研究。但由于其显著的各向异性导致烧结困难。当陶瓷体降温越过居里温度时，其晶相结构由立方相变为四方相，晶相c轴显著变长，产生强大的应力导致陶瓷体碎裂，甚至粉化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛酸铅压电陶瓷，为一种具有高温高频性能的钛酸铅压电陶瓷，在PbTiO₃的基础配方上，加入La₂O₃和MnO₂添加物进行改性，其配方为：x〔yPbTiO₃+（1-y）La_2/3TiO₃〕+（1-x）MnO₂，其中x为0.98～0.995，y为0.95～0.99，即，按摩尔比计，Pb₃O₄、TiO₂、La₂O₃及MnO₂的摩尔比为0.31-0.328：0.98-0.995：0.005-0.025：0.005-0.02。将该配方混合后，在850℃的温度下保温2小时进行预烧处理，经细磨后干压成型，在1200~1250℃的温度下保温2小时进行烧结，在185~190℃的温度下施加4500V/mm的电场保温保压10分钟进行极化处理，能得到性能优良的PbTiO₃压电陶瓷。

通过一系列性能测试，其性能为：

相对自由介电常数ε^T_r3：180；

介电损耗tgδ：0.8%；

厚向机电耦合系数Kt：0.47；

平面机电耦合系数Kp：0.03；

压电应变常数d₃₃：54×10^-12~50×10^-11；

居里温度Tc：440~480℃；

密度ρ：7.75×10³kg/m³。

该方法制得的陶瓷，易烧结，结构致密，操作简单，价格便宜，能满足高温深井、航天等的特殊环境要求下的应用，适合大批量生产。

具体实施方式

实施例1

将212.7g Pb₃O₄、80g TiO₂、5.3g La₂O₃及1.74g MnO₂在过量的乙醇溶液中混合后在850℃的温度下保温2小时进行预烧处理，经细磨后干压成型，在1220℃的温度下保温2小时进行烧结，在185℃的温度下施加4500V/mm的电场保温保压10分钟进行极化处理，得到PbTiO₃压电陶瓷。

实施例2

将221.7g Pb₃O₄、80g TiO₂、1.06g La₂O₃及1.74g MnO₂在过量的乙醇溶液中混合后在850℃的温度下保温2小时进行预烧处理，经细磨后干压成型，在1210℃的温度下保温2小时进行烧结，在188℃的温度下施加4500V/mm的电场保温保压10分钟进行极化处理，得到PbTiO₃压电陶瓷。

实施例3