[发明专利]一种铌锡酸铅-钪酸铋-钛酸铅三元系高温压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铌锡酸铅-钪酸铋-钛酸铅三元系高温压电陶瓷材料及其制备方法，属于高温压电陶瓷材料领域。 

背景技术

近年来，高温压电材料被广泛应用于航空航天、地质勘探、石油化工和汽车发动机等高新技术领域，具体地，如卫星的微位移驱动器、汽车电喷、油井井下超声探测传感器、加速度传感器等。 

目前，应用最广泛的压电材料是钙钛矿型结构的PZT压电材料（注：PZT压电材料是将二氧化铅、锆酸铅、钛酸铅在1200℃下烧结而成的多晶体），但是这类压电材料的居里温度一般在390℃以下。由于这类压电材料退极化现象的存在，如果在居里温度390℃以上的工作环境下，将不可逆转的失去压电效应而无法正常工作。如今航空航天高温作动器、汽车内燃机电喷阀、深油井探测换能器等领域，都需要压电器件在尽可能高的温度范围内工作。因此，有必要寻求一种居里温度高，而且压电性能优异的压电材料。 

新型钙钛矿型结构铁电体BiScO₃-PbTiO₃以其与PZT压电材料具有的电学性能相当，又同时具有高达450℃的居里温度而引起了人们的广泛关注。但是由于Sc元素的价格昂贵，所以该材料体系一直没有投入大规模的工业生产。近年来人们通过引入Co、In、Fe等元素取代Sc元素，虽然可以保证压电材料较高的居里温度，但却大大降低了压电性能。除此之外，研究者们还通过引入LiNbO₃、LiTaO₃等ABO₃型第三元构成三元系固溶体，尽管这种方法可以保证压电材料优异的压电性能，但却大大降低了居里温度。因此，如何研究出新型的高温压电陶瓷材料，既可以保证该材料具有优异的压电铁电性能，又可以保持400℃以上的居 里温度一直是人们亟待解决的问题。 

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种铌锡酸铅-钪酸铋-钛酸铅三元系高温压电陶瓷材料，通过对材料体系的改变相比现有压电陶瓷材料BiScO₃-PbTiO₃体系减少了Sc的用量，降低了工业生产的成本，而且在保持较高的居里温度下，进一步地提高了该材料的压电性能。 

本发明的另一个目的在于提供上述铌锡酸铅-钪酸铋-钛酸铅三元系高温压电陶瓷材料的制备方法，该制备方法工艺简单，操作方便，适于大规模工业生产。 

本发明提供了一种铌锡酸铅-钪酸铋-钛酸铅三元系高温压电陶瓷材料，其组成由以下通式表示： 

0.05Pb(Sn_1/3Nb_2/3)O₃-(0.95-x)BiScO₃-xPbTiO₃

通式中的x和0.95-x分别表示PbTiO₃和BiScO₃组分的摩尔百分数，其中x的取值为0.60-0.63。 

本发明铌锡酸铅-钪酸铋-钛酸铅三元系高温压电陶瓷材料是按以下方法制备得到的： 

将原料Sc₂O₃、Bi₂O₃、Nb₂O₅、PbO、TiO₂和SnO₂按照通式0.05Pb(Sn_1/3Nb_2/3)O₃-(0.95-x)BiScO₃-xPbTiO₃中的化学计量比混合，加入无水乙醇进行球磨得到湿料；将球磨后的混合料烘干并预烧，再加入无水乙醇进行二次球磨得到混合粉料；将混合粉料中加入粘合剂压制成陶瓷坯片，并进行排塑处理；将排塑处理后的陶瓷坯片进行煅烧；将陶瓷坯片进行抛光、被银电极和在硅油中极化。 

本发明还提供了上述铌锡酸铅-钪酸铋-钛酸铅三元系高温压电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤： 

1）按照通式0.05Pb(Sn_1/3Nb_2/3)O₃-(0.95-x)BiScO₃-xPbTiO₃中的化学计量比称取原料，加入无水乙醇进行球磨； 

2）将球磨后的混合料烘干并预烧，再加入无水乙醇进行二次球磨； 

3）向二次球磨后的混合粉料中加入粘合剂压制成陶瓷坯片，并进行排塑处理； 

4）将排塑处理后的陶瓷坯片进行煅烧，随后冷却至室温；