[發(fā)明專利]高性能鑭摻雜鈮鋅酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法無效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201110211600.9 | 申請日： | 2011-07-27 |
| 公開（公告）號： | CN102358699A | 公開（公告）日： | 2012-02-22 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 孫清池;王耐清;馬衛(wèi)兵;張林;王洪杰 | 申請（專利權(quán)）人： | 天津大學(xué) |
| 主分類號： | C04B35/491 | 分類號： | C04B35/491;C04B35/622 |
| 代理公司： | 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201 | 代理人： | 曹玉平 |
| 地址： | 300072*** | 國省代碼： | 天津;12 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 性能 摻雜 鈮鋅酸鉛 鋯鈦酸鉛 壓電 陶瓷 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是關(guān)于鑭摻雜鈮鋅酸鉛-鋯鈦酸鉛(PZN-PLZT)壓電陶瓷的制備方法，尤其涉及 一種具有改進(jìn)極化工藝的PZN-PLZT壓電陶瓷的制備方法。
背景技術(shù)
壓電陶瓷是一種實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)化的功能陶瓷材料，它既具有鐵電陶瓷的一般 性能，又具有獨(dú)特的壓電性能。壓電陶瓷材料由于具有獨(dú)特的壓電性能，優(yōu)異的機(jī)電耦合性 能及介電性和彈性性能，且制備工藝簡單、體積小、不受電磁干擾、成本低等特點(diǎn)，因此在 航天、信息、生物、精密儀器等高新技術(shù)領(lǐng)域及工業(yè)生產(chǎn)中都得到了廣泛應(yīng)用。
壓電陶瓷的應(yīng)用主要分兩個(gè)方面：壓電振子和換能器。在壓電振子應(yīng)用方面，主要是振 蕩器、諧振器、濾波器、延遲線、變壓器等。壓電陶瓷變壓器是20世紀(jì)50年代開始研制的 一種新型壓電器件，具有升壓比高、重量輕、體積小、驅(qū)動電壓低、無泄漏電磁場等優(yōu)點(diǎn)， 目前壓電變壓器已用于電子計(jì)算機(jī)顯示設(shè)備、雷達(dá)顯示器、掃描電子顯微鏡、靜電除塵、離 子發(fā)生器和壓電材料的極化等所需高壓設(shè)備中。在換能器應(yīng)用方面，主要是傳聲器、超聲換 能器、測量儀器等。在科學(xué)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)方面需要把檢測到的非電學(xué)量信息變成電學(xué) 量，以便于放大、運(yùn)算、傳送記錄和顯示，能完成這種轉(zhuǎn)換的主要器件是以固體元件為主的 電子傳感器。用壓電陶瓷制成的測量和感知各種物理量及其變化的傳感器，則是最佳的選擇， 壓電傳感器也已經(jīng)成為各種檢測儀器和控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。主要有壓電陀螺、壓電加速度 計(jì)、壓電陶瓷流量計(jì)、壓電電子稱、壓電計(jì)數(shù)器、結(jié)霜傳感器、表面粗糙度測量儀、擺鐘綜 合測試儀和磨削接觸檢測儀等。
PZN-PZT三元壓電陶瓷材料以其高的致密度，優(yōu)良的絕緣性能，及優(yōu)異的壓電性，而被 廣泛研究和應(yīng)用。人們主要是從配方和工藝兩個(gè)方面，去調(diào)節(jié)PZN-PZT的壓電等綜合性能。 配方主要是通過“軟性”或“硬性”摻雜，從而使材料獲得較高的壓電性能或獲得高的機(jī)械 品質(zhì)因數(shù)及小的介電損耗。本發(fā)明旨在獲得高的壓電性能，所以選擇鑭摻雜(“軟性”摻雜) 的配方。工藝一般是從球磨、合成、成型、燒結(jié)、極化等方面去改善材料的性能。眾所周知， PZN-PLZT陶瓷燒成后，是一種鐵電體，鐵電疇取向混亂，沒有剩余極化，所以不具有壓電 性能，它只有通過一個(gè)特殊的工藝——極化后才具有獨(dú)特的壓電性能。所謂極化，就是在一 定條件下在壓電陶瓷的兩端加上一定大小的直流電場，壓電陶瓷中的原本雜亂取向的鐵電疇 沿外加的直流電場取向，即使在外加電場去掉后，仍會在極化方向(外加電場方向)產(chǎn)生一 定大小的剩余極化，從而使壓電陶瓷具有壓電性能。可以看出，極化工藝對壓電陶瓷的壓電 性能等具有顯著的影響，因此極化工藝是壓電陶瓷制備工藝中的重點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提供一種獲得更高壓電性能的PZN-PLZT壓電陶 瓷的制備方法。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
(1)配料
將原料Pb3O4、ZnO、Nb2O5、ZrO2、TiO2、La2O3按0.25Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.75Pb0.95La0.05(Zr0.53Ti0.47)0.988O3化學(xué)計(jì)量比配料，于球磨罐中混料，球∶料∶水的重量比為2∶1∶0.5， 球磨時(shí)間為3h，再將原料烘干；
(2)合成
將步驟(1)烘干后的粉料放入氧化鋁坩堝內(nèi)，加蓋密封，于900℃合成2h；
(3)成型及排塑
將步驟(2)的合成料再次球磨、烘干，外加7wt％的聚乙烯醇水溶液進(jìn)行造粒，過篩后在 400Mpa的壓強(qiáng)下壓制成型為坯體；然后以3℃/min的速率將坯體升溫至200℃，再以1.5℃/min 速率從200℃升至400℃，在400℃保溫30min后，以5℃/min的速率升至650℃并保溫10min， 排出有機(jī)物；
(4)燒結(jié)
將步驟(3)排出有機(jī)物的坯體采用鋯鈦酸鉛粉料埋燒，以6℃/min速率升溫至1270℃， 保溫2h，隨爐冷卻；
(5)燒銀
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