[发明专利]一种基于铌镍锆钛酸铅三价掺杂的压电陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到高介电常数压电陶瓷材料领域，具体是涉及一种基于铌镍锆钛酸铅三价掺杂的高介电常数压电陶瓷配方的制备方法。

背景技术

压电陶瓷材料是一种功能陶瓷材料，能够把机械能与电能相互转换的功能，这种性能称为压电性能。压电陶瓷除具有压电性能外，还具有介电性能以及力学性能。由于压电陶瓷材料具有这些优异的综合性能，再加上其制备工艺简单、稳定、可靠，使其广泛应用于社会生活的各个方面，比如在电子材料领域。Pb(Ni_1/3Nb_2/3)系压电陶瓷材料自从被Smolenskii和Agranovskaya发现后，已经得到很多研究人员的关注和研究。Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃属于复合钙钛矿结构，符合ABO₃型钙钛矿结构，具有典型的弛豫型铁电体的特征。PNN基的体系具有相对较低的烧结温度以及较高的介电常数。

VirendraSingh等人研究了烧结速率对铌铁矿前躯体方法中制备的压电陶瓷性能的影响，通过研究发现，当烧结速率为8℃/min时可以得到优异性能，将压电系数d₃₃提高到612pC/N。KatrinBenkert和MorganeRadanielina等人利用铌铁矿前驱体法在PNZT-PNN掺杂高压电常数的SrCO₃低温烧结制备压电陶瓷(ε_r>4000；K_p>60；d₃₃>1000pm/V)，虽然上述方法都能够制备得到高介电及压电常数陶瓷材料，但是其制备工艺复杂、不稳定及成本高，不利于工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于铌镍锆钛酸铅三价掺杂的压电陶瓷及其制备方法。本发明的陶瓷具有介电、压电常数高，性能稳定的特点，且具有制备工艺简单，成本低，利于工业化生产的特点。

本发明通过如下方法实现：一种基于铌镍锆钛酸铅三价掺杂的压电陶瓷，其原料组成及摩尔百分比为Pb(Me_1/2Nb_2/3)_x(Ni_1/3Nb_2/3)_y(Zr_0.3Ti_0.7)_1-x-yO₃，其中Me为三价元素，0<x<0.1、0.2<y<0.6。

前述的基于铌镍锆钛酸铅三价掺杂的压电陶瓷，所述Me为La，Sb或Mn。

前述的基于铌镍锆钛酸铅三价掺杂的压电陶瓷，所述Me为Sb。

前述的基于铌镍锆钛酸铅三价掺杂的压电陶瓷，所述0<x<0.04，0.4<y<0.5。

前述的基于铌镍锆钛酸铅三价掺杂的压电陶瓷，所述原料为Pb₃O₄、ZrO₂、TiO₂、Ni₂O₃、Nb₂O₅及Sb₂O₃。

一种前述的基于铌镍锆钛酸铅三价掺杂的压电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

(1)配料

将所述原料按所述摩尔比混合，以酒精和锆球为球磨介质球磨，得粉料，将粉料放入烘箱中烘干，过40目筛子；

(2)预烧

将步骤(1)过筛后得到的粉料放入刚玉坩埚内，压实，加盖，在箱式电阻炉中预烧1-3h，然后随炉冷却；

(3)压片

将步骤(2)中预烧好的粉料二次球磨、烘干、过筛，加入5wt％-7wt％的石蜡进行造粒，之后将其过筛，然后压制成直径12mm，厚度为1.2mm的陶瓷圆片；

(4)烧结

将步骤(3)的圆形陶瓷片放入坩埚中，密封，放入箱式电阻炉中进行烧结，然后随炉自然冷却至室温；

(5)刷银、极化

将步骤(4)烧结好的陶瓷片进行清洁，在其上下表面印刷银浆，置于炉中，升温至800℃并保温30min，自然冷却至室温，然后将烧好银的样品放置于硅油中加热到50-70℃，施加2kV/mm的直流电场，极化30min。

前述的基于铌镍锆钛酸铅三价掺杂的压电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

(1)配料