[发明专利]一种无铅压电陶瓷传感器材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种无铅压电陶瓷传感器材料及其制备方法，涉及压电陶瓷加工技术领域。本发明公开的无铅压电陶瓷传感器材料的主要原料为：碳酸钡、碳酸钙、氧化锆、二氧化钛、碳酸锶、氧化饵和氧化铋、氧化锂、氧化钇、复合粘结剂和分散剂，其制备方法通过配料、球磨、造粒压片、排胶、烧结等步骤制得的，该无铅压电陶瓷传感器材料再通过施电极和电极处理可制得无铅压电传感器。本发明提供的无铅压电陶瓷传感器材料，其操作简单，压电陶瓷材料中不含铅，致密性优良，化学稳定性佳，并且制得的压电传感器的灵敏度高、工作稳定性强，具有优异的压电性能、介电性能、机械性能，且具有较高的居里温度。

技术领域

本发明属于压电陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种无铅压电陶瓷传感器材料及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷指把氧化物混合(氧化锆、氧化铅、氧化钛等)高温烧结，固相反应后而成的多晶体，并通过直流高压极化处理使其具有压电效应的铁电陶瓷的统称。压电陶瓷作为功能陶瓷的重要组成部分，在19世纪80年代，居里兄弟发现压电效应后，得到了迅速的研究及发展。目前具有压电效应的研究主要在三个方面：压电陶瓷、压电高分子、压电晶体，最具有压电效应的是压电陶瓷。压电陶瓷作为一种重要的力、热、电、光敏感性强的功能材料，已经在传感器、超声换能器、微位移器和其它电子器件等方面得到了广泛的应用。随着加工工艺的进步及优化，压电陶瓷因其低成本、高压电转换的优点，它在航空航天、电子、信息等高科技方面有着很高的研究及应用价值。

压电陶瓷传感器在人们生活中的很多方面具有重要的应用，但是目前全球在大量使用的压电陶瓷材料仍是传统的含铅压电陶瓷，其中铅元素含量高达60％以上。氧化铅是一种易挥发的有毒物质，在生产、制备、使用及废弃后的处理过程中，都会给人类和生态环境造成损害。随着环保意识的日益深入，国际上正积极通过法律、法规、政府指令等形式对含铅的电子产品加以禁止。高温烧结PbO的挥发，在对环境造成污染的同时，还会造成陶瓷化学计量比的偏高，影响材料性能。因此，无铅压电陶瓷逐渐成为压电陶瓷传感器材料研究的热点之一。

目前，人们对无铅压电陶瓷的主要研究方向有：钛酸钡基、铌酸盐基、BNT基等无铅压电陶瓷体系。现有的钛酸钡基压电陶瓷的居里温度比其它压电陶瓷低(Tc＝120℃)，各项电性能较差，并且它的各项性能很难通过掺杂来获得有效的改善，这些都限制了它的广泛应用；铌酸盐基无铅压电陶瓷的密度小，且各项压电性能良好，是制备压电材料和高频换能器等的良好后备材料，但目前并没有其运用到传感器中的相关报道；BNT无铅压电陶瓷具有良好的压电性能，被认为是一种有可能取代PZT的压电材料，但是该陶瓷体系有较高的矫顽场，陶瓷的致密性及其化学稳定性较差，并且烧结温度较窄，其与PZT陶瓷相比，其性能还有差距，现有的BNT陶瓷应用有较大的困难难。因此，开发一种具有优良的压电性、稳定性和有较高居里温度的无铅压电陶瓷材料将成为无铅压电陶瓷传感器的研究和发展方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无铅压电陶瓷传感器材料，其操作简单，压电陶瓷材料中不含铅，致密性优良，化学稳定性佳，并且制得的压电传感器的灵敏度高、工作稳定性强，具有优异的压电性能、介电性能、机械性能，且具有较高的居里温度。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种无铅压电陶瓷传感器材料，按质量百分比计，由以下主要原料组成：碳酸钡32.8-35.3％、碳酸钙34.4-38.7％、氧化锆8.5-10.3％、二氧化钛8.6-11.0％、碳酸锶3.8-5.2％、氧化饵2.4-3.7％和氧化铋1.5-4.2％，所述无铅压电陶瓷传感器材料还包括氧化锂、氧化钇、复合粘结剂和分散剂。

进一步的，所述氧化锂的质量为所述主要原料总量的0.21-0.35％，所述氧化钇的质量为所述主要原料总量的0.18-0.29％，所述复合粘结剂的质量为所述主要原料总量的3.5-4.5％，所述分散剂的质量为所述主要原料总量的0.3-0.6％。