[發明專利]摻雜二氧化鈰的鈮銻-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷

無效

• 申請號: 201210010847.9
• 申請日: 2012-01-14
• 公開（公告）號: CN102584228A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 孫清池;吳濤;馬衛兵;劉志華;李建平
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B35/49
• 分類號: C04B35/49;C04B35/622
• 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，尤其涉及一種外加二氧化鈰(CeO₂)的鐵電鈮銻-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料。

背景技術

壓電陶瓷是一種能將機械能和電能相互轉化的功能陶瓷，屬于無機非金屬材料范疇。壓電陶瓷材料由于具有優異的介電性和壓電性能，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。

純的PZT(鋯鈦酸鉛)陶瓷高溫燒結的時候由于PbO的熔點較低，飽和蒸汽壓高，易產生鉛的揮發，組分不易控制性能的穩定性和重復性較差，這就限制了PZT的應用。二十世紀六十年代，出現了摻雜PZT壓電陶瓷，不僅降低了合成溫度減少了鉛的揮發，而且某些性能還得到了改善。但是盡管這樣二元的PZT已經遠遠不能滿足社會的需求，這就促進了對新型壓電材料研究，人們廣泛研究了三、四元系壓電陶瓷，如PMN-PZT、PMN-PZT-PT、PSN-PZN-PZT、PLN-PMN-PZT等，這些新型的壓電陶瓷具有較高的發展前景。

在實際元器件中，不同的應用對壓電陶瓷材料的性能參數要求不同，這就迫使人們對壓電陶瓷材料進行相應的性能改進。目前，國內外主要采用兩種方法：一種是摻雜改性，即摻雜某種雜質離子，通過對A位或B位離子進行少量置換，調整材料的性能參數，以滿足壓電元器件的要求；另一種是改進制備工藝，如確定最佳的煅燒溫度、排膠制度、極化條件等，使得壓電陶瓷某些性能得到改善，以滿足壓電元器件的要求。

鈮銻-鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷是一種壓電性能優良的陶瓷材料，它具有較高的壓電系數和機電耦合系數，頻率穩定性和時間穩定性很好，能應用于制作濾波器，振子水聲換能器，大功率驅動器，車輛番號自動讀出裝置、濾波器振子、高溫檢測高溫探傷測厚等。但是不加改性摻雜物的鈮銻-鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷機電耦合系數較小，本發明選用鈮銻-鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷為對象進行研究，并對本系統進行氧化鈰摻雜改性，獲得較為理想的壓電陶瓷材料。鈰(Ce)離子是典型的變價離子，多以CeO₂的形式引入。從離子半徑大小考慮，變價的Ce離子半徑介于Zr、Ti離子半徑與Pb離子的半徑之間，因此Ce既可以取代A位的Pb，也可以取代B位的Zr、Ti，適量的摻雜既可起到“軟性”摻雜特點，能有效地提高機電耦合系數及壓電系數；又可起到“硬性”摻雜特點，即可以提高材料的機械品質因數，降低材料的介電損耗，提高壓電陶瓷的溫度穩定性。

發明內容

本發明采用傳統的固相合成的制備方法，提供一種以鈮銻-鋯鈦酸鉛(PSN-PZT)為基體、摻雜二氧化鈰、取得綜合電學性能更好的壓電陶瓷。

本發明通過以下技術方案予以實現：

摻雜二氧化鈰的鈮銻-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，其原料組分及其質量百分比含量為：以Pb_0.93Ba_0.07(Nb_1/2Sb_1/2)_0.06(Zr_0.52Ti_0.48)_0.94O₃為基石出，外加0.1～5.0wt.％CeO₂。

所述壓電陶瓷是單一的鈣鈦礦結構。

所述原料為Pb₃O₄、BaCO₃、ZrO₂、TiO₂、Nb₂O₅、Sb₂O₃和CeO₂。

所述壓電陶瓷采用傳統的固相合成的制備方法，于1220℃～1280℃燒結，保溫2h。

本發明的有益效果是，提供了一種綜合電學性能良好的摻雜二氧化鈰的鈮銻-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，其成分及工藝步驟簡單、易于操作、重復性好、成品率高。

附圖說明

圖1：本發明在1260℃、1280℃燒結保溫2h，CeO₂摻雜量對PSN-PZT壓電系數d₃₃的影響。

圖2：本發明在1260℃、1280℃燒結保溫2h，CeO₂摻雜量對PSN-PZT機電耦合系數Kp的影響。

圖3：本發明在1260℃、1280℃燒結保溫2h，CeO₂摻雜量對PSN-PZT介電常數的影響。