[发明专利]低温共烧多层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，特别涉及一种低温共烧多层压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷是一种可实现机械能和电能互相转换的功能材料，其制备工艺比较简单，成本低廉，具有稳定的压电性能和力学性能，广泛应用于通信、探测、医疗、航空、计算机和军工等领域。PZT基压电陶瓷因制造方便、成本低廉、电性能优良、性能稳定等，在实际应用中铅基压电陶瓷仍旧占主导地位。但是传统的铅基压电陶瓷烧结温度较高，一般在1200-1300℃左右，而由于PbO的熔点较低，在高温烧结时会发生挥发。PbO挥发一方面会污染环境，给人类带来危害，另一方面会造成陶瓷的化学计量会偏离原来的陶瓷设计配方，降低了压电陶瓷的性能。为了解决PbO的挥发带来的化学计量偏离，目前主要采用的烧结法有密封烧结法、埋烧法、气氛法和过量PbO法等，但是仍没有从根本上解决PbO的挥发对环境和人类造成的危害。因此，研究一种低温烧结工艺才能从根本上解决问题。

随着科学和经济的发展，为了满足机械电子类元器件的片式化、小型化、集成化及高性能等需求，以多层压电陶瓷变压器和多层陶瓷压电陶瓷驱动器为代表的多层压电陶瓷器件得到了发展。而低温共烧陶瓷（LTCC）材料是发展高性能、高可靠性、低成本陶瓷叠层复合体的的重要研究方向。共烧多层陶瓷是将陶瓷层和电极层的构成的整体进行烧结，相对应分别烧结然后再粘结等其他方法而言，共烧多层陶瓷具有更好的整体性能和使用稳定性。同时，低温共烧多层陶瓷可以实现以较便宜的Ag或Cu做电极进行共烧，而避免一般多层压电陶瓷共烧采用纯Pd或Pd-Ag做电极共烧，降低了成本，因此低温共烧多层压电陶瓷不仅减少了环境污染，而且降低了制备成本，具有重大的意义。

目前低温烧结法主要有：化学制粉法、添加助熔剂、热压烧结法等。有一些学者就PNN-PZT陶瓷做过相关研究，MgO，NiO，CuO等都是很好的添加剂，起到降低烧结温度的作用。但是过多的助熔剂在烧结后形成非铁电的第二相，最终降低陶瓷的压电性能和机械性能，因此适量的助熔剂和合适的陶瓷配方及烧结工艺才能得到性能优良的多层压电陶瓷。

 

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种压电性能良好的低温共烧多层陶瓷及其制备工艺。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低温共烧多层压电陶瓷，其组分是yPb(Zr_xTi_1-x)O₃—(1-y-z)Pb(Mn_1/3Sb_2/3)O₃—zPb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃+uWt%CuO

其中，x值为0.40-0.60，y值为0.60-0.88，z值为0.02-0.1，u值为0-0.05，Wt%代表百分含量。

作为本发明的进一步改进，所述多层压电陶瓷具有单一的钙钛矿结构。

一种低温共烧多层压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

配料：按以下化学式中的化学配比计算并称取所需粉料的量，

yPb(Zr_xTi_1-x)O₃—(1-y-z)Pb(Mn_1/3Sb_2/3)O₃—zPb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃

其中，x值为0.40-0.60，y值为0.60-0.88，z值为0.02-0.1；

混料：将上述所配好的料和蒸馏水及玛瑙球按1：1：0.6混合球磨16-24h，并烘干；

预烧：将上述混料后的粉料在820-860℃进行煅烧4-6h；

添加助熔剂及粉碎：加入助熔剂百分含量为0-0.05%CuO，并粉碎混合充分形成混合物；

制浆：向上述混合物中加入溶剂、粘结剂、增塑剂和分散剂混合充分得到流延浆料；

除泡及流延成型：真空搅拌除去浆料里的气体，然后流延得到流延片；

印刷内电极：在流延片上印刷内电极；

叠层：将印好内电极的流延片交叉叠放叠压得到多层结构；

印刷外电极：将多层结构两端涂覆外电极；

烧结：将上述多层结构在830-850℃进行烧结得到多层陶瓷；

极化：对烧结好的多层陶瓷进行极化，得到多层压电陶瓷。