[发明专利]一种耐电压压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐电压压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料由Pb₃O₄、ZrO₂、TiO₂、ZnO、Nb₂O₅、Ni₂O₃、Sb₂O₃、SrCO₃和耐压剂制成，组分式为：0.75Pb(Zr,Ti)O₃‑0.05Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃‑0.15Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃‑0.05Pb(Sb_1/3Nb_2/3)O₃+xwt％SrCO₃+ywt％耐压剂，还公开了其制备方法。本申请方法能获得较高的介电以及压电性能：d₃₃≥650pC/N，ε₃₃^T/ε₀≥5000，Kp≥0.75，在1KHz～4KHz频率下进行测试，电压能够达到140V以上。工艺简单，成本低，耐电压性能优异，应用广泛。

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，尤其涉及一种耐电压压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，而且应用最广、成本最低的一种材料。长期以来，人们使用锆钛酸铅二元系(PZT)及三元系压电陶瓷制作压电蜂鸣器、压电喇叭、金属探伤器、超声清洗、超声医疗、声纳系统、汽车倒车传感、压电泵、超声换能器、陶瓷滤波器和压电致动元件等产品，广泛用于航空、航天、兵器、舰船以及民用技术等各个领域。压电陶瓷的用途不断扩大，品种日益增多。

随着电子技术的进步，迫切要求提供高精度、高稳定和高可靠性的压电元件等，以适应电子工业高级技术迅速发展和自动化、机械化大批量生产的需要。例如，现有的压电蜂鸣器，其核心是由压电陶瓷片和金属片粘合而成的换能元件，因此压电材料的性能是一个关键的问题，这就对压电陶瓷材料的性能提出了较高的要求。为了提高蜂鸣器声压，一方面提高压电材料的性能；另一方面改善器件的工作条件。提高压电性能主要是通过“软性”掺杂，改善器件的工作条件是提高频率为1000Hz～4000Hz以及工作电压≥60V；但是“软性”掺杂提高陶瓷性能后，再提高工作条件时，瓷片会开裂，从而瓷片失效。

目前，关于压电陶瓷材料的制备已有报道，例如：专利申请：CN106587992A，公开了一种高性能压电陶瓷材料及其制备方法，所述高性能压电陶瓷材料由以下原料制备而得：四氯化钛、钒酸银、硝酸钡、谷氨酸、醋酸钪、四氯铝酸锂、硅锆酸钠、水合三醋酸铽、氧化钒铜、碲化镓、氧化磷、钽酸锂、铌酸镁、氯酸钾、柠檬酸镍、甲醇、去离子水、乙二醇。本发明提供的压电陶瓷材料具备较高的弯曲强度，断裂韧性得到大幅提升，同时其压电性能均维持在较高水平，满足行业对压电陶瓷材料的性能需求。本发明提供的压电陶瓷材料的综合性能佳，具备非常良好的应用市场前景。该专利制得的压电陶瓷材料具备良好的弯曲强度、压电系数、机电耦合系数kp和介电常数，但是其介电常数最高仅为3710，且其耐电压性能不强，电压增加，瓷片会开裂。

专利申请：CN107879746A，公开了一种压电陶瓷材料的制备方法及其应用，该方法采用将氮化硅、氧化铝、六水硝酸镧混合后进行球磨处理，将球磨混合物置于乙二醇中，加入硬脂酸酰胺、钛酸四丁酯、四甲基乙二胺，搅拌加热得到热反应混合液，再将热反应混合液陈化处理、调节pH后干燥得陶瓷浆料，最后将陶瓷浆料在模具中固化、脱模，得到坯料，再将坯料烧结得压电陶瓷材料。制备而成的压电陶瓷材料，其能量密度高、力学性能好，在压电能量收集器件中具有较好的应用前景。该专利制得的压电陶瓷材料虽然具有较好的能量密度、拉伸强度和弯曲强度，但是其耐电压性能不强，电压增加，瓷片会开裂。