[發(fā)明專利]一種高壓電系數(shù)、高電致應(yīng)變低溫?zé)Y(jié)的壓電陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210052032.7
• 申請(qǐng)日: 2012-03-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102584230A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董顯林;王麗;梁瑞虹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): C04B35/49
• 分類號(hào): C04B35/49;C04B35/622
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓電系數(shù)、高電致應(yīng)變低溫?zé)Y(jié)的壓電陶瓷材料及其制備方法。?

背景技術(shù)

壓電材料具有通過(guò)從外部施加電場(chǎng)發(fā)生應(yīng)變效果(電能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換)和通過(guò)從外部受到應(yīng)力在表面產(chǎn)生電荷的效果(機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)換)的材料，可用于各類信息的檢測(cè)及存儲(chǔ)等，已被廣泛應(yīng)用于軍事、汽車、商業(yè)和醫(yī)療等技術(shù)領(lǐng)域。如鈦酸鋯酸鉛鹽(Pb(Zr，Ti))O₃；PZT)等的壓電材料，對(duì)于施加的電壓可在1×10^-10m/V的指令中發(fā)生大致呈比例的應(yīng)變，因此能對(duì)微小的位置進(jìn)行調(diào)整。另外與其相反，壓電材料可產(chǎn)生與施加應(yīng)力或與自身變形量成比例的電荷，因此可應(yīng)用于傳感器。?

壓電陶瓷是一種具有壓電效應(yīng)的多晶體壓電材料，常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇系、鈦酸鉛-鋯酸鉛二元系及在二元系中添加第三種ABO₃(A表示二價(jià)金屬離子，B表示四價(jià)金屬離子或幾種離子總和為正四價(jià))型化合物，如果在三元系統(tǒng)上再加入第四種或更多的化合物，可組成四元系或多元系壓電陶瓷。?

隨著現(xiàn)代集成電路規(guī)模和速度的提高，壓電陶瓷器件正朝著整機(jī)一體化、小型化、薄型化、輕型化、高性能化的方向發(fā)展。在需求牽引和技術(shù)推動(dòng)下，疊層壓電電子元件應(yīng)運(yùn)而生。疊層壓電電子元件是把涂覆內(nèi)外電極的陶瓷膜素坯以一定的方式疊合起來(lái)，經(jīng)過(guò)一次燒結(jié)使之成為一體而制成的。經(jīng)過(guò)這種工藝制成的電子元器件具有體積小、內(nèi)電感小、耐濕、壽命長(zhǎng)、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，已成為最適應(yīng)電子技術(shù)發(fā)展的元件之一，目前在國(guó)內(nèi)外得到充分的重視，日本和美國(guó)已經(jīng)出現(xiàn)了相應(yīng)的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)，對(duì)疊層壓電電子元件的研究也正在進(jìn)行。由于疊層壓電電子元件采用內(nèi)電極與陶瓷素坯共燒，為了保證陶瓷燒結(jié)致密，必須使用Pd、Pt等高溫電極材料，從而提高了成本，所以設(shè)法降低壓電陶瓷的燒結(jié)溫度以便采用Ag、Ag/Ni、Ag/Pd電極實(shí)現(xiàn)共燒，始終是一個(gè)重要的研究方向。?

目前研究較多的Pb(Zr，Ti)O₃(簡(jiǎn)約PZT)陶瓷的燒結(jié)溫度能降低至大約1050℃左右，但是為了能真正實(shí)現(xiàn)低溫共燒(～950℃)，還需進(jìn)一步降低壓電陶瓷的燒結(jié)溫度，并使保持良好的壓電性能。另一方面，目前的報(bào)道中對(duì)電致應(yīng)變性能的研究甚少，不能滿足疊層壓電濾波器、疊層壓電微位移器和疊層壓電變壓器等的應(yīng)用需求。?

發(fā)明內(nèi)容

面對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明人意識(shí)到提供一種具有高壓電系數(shù)、高電致應(yīng)變特性，又可在低溫實(shí)現(xiàn)致密燒結(jié)的鍶、鋇復(fù)合摻雜改性的鈮鎂酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料，以滿足疊層壓電濾波器、疊層壓電微位移器和疊層壓電變壓器等的應(yīng)用需求。同時(shí)本發(fā)明提供的壓電陶瓷材料的制備方法制備工藝簡(jiǎn)單、配方可調(diào)，可適用于規(guī)模生產(chǎn)。?

為此，本發(fā)明提供一種高壓電系數(shù)、高電致應(yīng)變低溫?zé)Y(jié)的壓電陶瓷材料，其中，所述材料的成分以鍶、鋇復(fù)合摻雜改性的鈮鎂酸鉛-鋯鈦酸鉛為基體，并含有CuO。?

本發(fā)明中，所述壓電陶瓷材料可以用以下通式表示：?

Pb_1-x-ySr_xBa_y(Mg_1/3Nb_2/3)_0.25Ti_0.40Zr_0.35O₃+awt.％CuO，其中，0.02≤x≤0.06，0.02≤y≤0.06，0.2≤a≤0.5。優(yōu)選地，CuO的含量為0.2～0.5wt.％。

本發(fā)明還提供一種上述壓電陶瓷材料的制備方法，其中，包括：?

將粉末狀的Pb₃O₄、ZrO₂、TiO₂、MgCO₃·5H₂O、Nb₂O₅、SrCO₃及BaCO₃原料按化學(xué)計(jì)量比配比濕法球磨至所需粒度的工序A；

將經(jīng)工序A后的所述原料烘干后壓塊、于不同溫度分二段合成得到鍶、鋇復(fù)合摻雜改性的鈮鎂酸鉛-鋯鈦酸鉛的工序B；

將鍶、鋇復(fù)合摻雜改性的鈮鎂酸鉛-鋯鈦酸鉛塊體研磨粉碎成粉體、摻入0.2～0.5wt.％CuO、細(xì)磨后壓制成型獲得素坯的工序C；

對(duì)所述素坯排除有機(jī)物的工序D；

將經(jīng)工序D的所述素坯在930～980℃溫度下保溫2～5小時(shí)燒結(jié)獲得壓電陶瓷材料的工序E。