[發明專利]摻雜La2O3的鋅鈮酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷

無效

• 申請號: 201010197997.6
• 申請日: 2010-06-11
• 公開（公告）號: CN101863660A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 孫清池;王曉娜;馬衛兵;喬柳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B35/491
• 分類號: C04B35/491;H01L41/187
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

技術領域

本發明是關于以成分為特征的陶瓷組合物，尤其涉及摻雜La₂O₃的鋅鈮酸鉛-鋯鈦酸鉛(PZN-PZT)壓電陶瓷。

背景技術

壓電材料是一種將機械能與電能相互轉化的功能陶瓷材料。它是一種具有壓電性能的材料。壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的信息功能陶瓷材料-壓電效應，壓電陶瓷除具有壓電性外，還具有介電性、彈性等。壓電陶瓷材料由于具有優異的電學性能和穩定的力學性能，且制備工藝簡單、成本低，因此在信息、航天、激光和生物等高新技術領域及工業生產中都得到了廣泛應用。

在換能器應用方面，如壓電水聲技術，利用正、逆壓電效應，通過發射或接收聲波，以達到水下探測、通信乃至觀察的目的，由于電磁波在水介質中的衰減極大，目前已研制出可偵察上百海里以外水下目標位置及方向的“壓電水下雷達”(即聲納系統)。在超聲技術中，壓電超聲診斷儀、超聲探傷儀、超聲波清洗儀、超聲加工設備以及超聲計量設備等，其他如電聲設備、高壓電點火引爆裝置等領域，均取得了明顯的社會經濟效益。

近年來，壓電材料在汽車技術領域的應用也越來越多，以實現能量轉換、傳感、驅動、頻率控制等功能。其中壓電陶瓷具有響應快、制造簡單、能量密度高、易于控制等特點，是制備驅動器的理想材料。其主要用于電動后視鏡、電動門窗、電動座椅、制動片的驅動等。當采用壓電驅動器或壓電電機驅動時，可大大減少電機的體積，且具有控制精度高、不受電磁干擾、無噪聲等優點；特別是，壓電驅動器或壓電電機可直接直線驅動控制，無需將旋轉運動轉換成直線運動的轉換機構。各種壓電驅動器已經在智能材料結構、減震降噪系統、MEMS系統中得到了廣泛地應用，尤其在智能材料結構中，其作用不可替代，常被用來實現機構的機械動作，從而改變整個智能機構的形狀、剛度、固有頻率、阻尼等特性。因此，驅動器研究的深入，將大大促進其相關領域的進展。

隨著現代電子信息技術的飛速發展，對于性能優異的壓電陶瓷材料的開發和探索已成為各國研究的熱點問題。目前，在性能改進方面主要采用2種方法：一種是摻雜改性，即摻雜某種改性離子；另一種是改進制備工藝。

盡管人們通過摻雜改性以及工藝的改進，獲得了較高壓電性能的PZN-PLZT壓電陶瓷，但是仍有許多問題未得到解決，其中介電損耗成為一個讓很多人頭疼的問題。中科院上海硅酸鹽研究所的鄭夏等人通過對PZN-PLZT體系進行摻雜改性，使壓電系數達580pC/N，但其介電損耗非常大(tanδ＞4％)，雖然在此基礎上，采用熱壓燒結，使壓電系數提高到680pC/N，但同樣沒有解決介電損耗大的問題。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供了一種壓電系數高、介質損耗小壓電陶瓷。

本發明通過以下技術方案予以實現：

本發明為0.3Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-0.7Pb_yLa_x(Zr_zTi_m)O₃，其中x＝0.01～0.07，y＝1-x，z＝0.50～0.53，m＝1-z。

其優選的原料組分及其摩爾百分比含量為0.3Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-0.7Pb_yLa_x(Zr_zTi_m)O₃，式中x＝0.03～0.07，y＝1-x，z＝0.50～0.52，m＝1-z。

其最佳的原料組分及其摩爾百分比含量為0.3Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-0.7Pb_yLa_x(Zr_zTi_m)O₃，式中x為0.03，y為0.97，z為0.51，m為0.49。

所述壓電陶瓷是單一鈣鈦礦結構。

所述原料為Pb₃O₄、ZnO、Nb₂O₅、ZrO₂、TiO₂、La₂O₃。

所述壓電陶瓷于1230～1270℃燒結。