[發明專利]一種鈮鐿酸鉛-鈦酸鉛壓電陶瓷及其制備方法

無效

• 申請號: 201210092842.5
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN102623628A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 張銳;蔚永軍;楊彬;孫恩偉;鄭立梅;曹文武
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01L41/187
• 分類號: H01L41/187;H01L41/24;C04B35/50;C04B35/622
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 金永煥

技術領域

本發明涉及一種壓電陶瓷及其制備方法。

背景技術

壓電陶瓷是一類具有重要應用的多功能材料，利用其力、熱、電、光、聲和化學等方面的特殊性能，可對各類信息進行檢測、轉換、處理和存儲，在工業、民用和國防軍事等領域應用非常普遍，如醫學超聲波換能器、水聲換能器陣列、壓電陶瓷濾波器、聲表面波電子器件和電光調制器等。據資料統計：2000年全球壓電陶瓷產品銷售額約達30億美元，2010年全球壓電陶瓷銷售額已近110億美元，其銷售量還在按大約每年15％左右的速度增長。因此對該類材料的基礎理論與應用技術的研究具有重要的經濟意義。

隨著壓電陶瓷在工業越來越廣泛的應用，人們對壓電陶瓷的性能提出了更高的要求：一是需要一種能在較高溫度(200℃～300℃)下保持良好壓電性能的陶瓷，要求壓電陶瓷具有較高的機電耦合系數k_p和壓電系數d₃₃，同時，其居里溫度T_c也要高；二是隨著人們對低能耗的追求，急需一種在較低溫度下就能夠制備的壓電陶瓷，從而降低生產成本，節約資源?，F在工業中廣泛使用的壓電陶瓷是鋯鈦酸鉛陶瓷，市場上已經生產出各種類型的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷。但是這些鋯鈦酸鉛壓電陶瓷難以同時滿足上述要求：例如，PZT-5A壓電陶瓷雖然具有較高的居里溫度(T_c約為365℃)，但是其壓電性能相對較差(d₃₃約為374pC/N)；PZT-5H壓電性能相對較好(d₃₃約為593pC/N)，但是因為居里溫度太低(T_c約為193℃)，很難在較高的溫度領域下使用。另一方面，PZT陶瓷的燒結溫度大都在1200℃以上，不僅浪費能源，而且一旦含鉛壓電陶瓷燒結溫度超過1000℃，Pb的揮發特別嚴重，大量鉛蒸汽跑到周圍環境中，對環境的危害性很大。

發明內容

本發明的目的是要解決現有壓電陶瓷不能同時具備高居里溫度和高壓電性能及現有壓電陶瓷的制備方法存在燒結溫度高的問題，而提供一種鈮鐿酸鉛-鈦酸鉛壓電陶瓷及其制備方法。

一種鈮鐿酸鉛-鈦酸鉛壓電陶瓷，其化學式為：(1-x)Pb(Yb_1/2Nb_1/2)O₃-xPbTiO₃，其中所述x為：0.49＜x＜0.51。

一種鈮鐿酸鉛-鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、合成YbNbO₄前驅體：首先將Nb₂O₅和Yb₂O₃放入球磨罐中，然后加入無水乙醇，在轉速為120轉/min～140轉/min下球磨8h～12h，得到球磨混合料，然后在溫度為室溫下將球磨混合料干燥至恒重，再將干燥后的球磨混合料放入研缽中研磨至粉末粒徑為60目～100目，得到粉末混合料，將粉末混合料加入到內腔直徑為30mm的模具中，再把模具放在油壓機中，在壓力為15MPa～20MPa條件下保壓1min～3min，得到厚度為3mm～6mm的壓片，然后在溫度為1100℃～1200℃下將厚度為3mm～6mm的壓片燒結時間為2h～4h，將燒結后厚度為3mm～6mm的壓片放入研缽中研磨，然后過80目篩，得到過篩后的粉末即為YbNbO₄前驅體；步驟一中所述的Nb₂O₅與Yb₂O₃的摩爾比為1∶1；步驟一中所述加入無水乙醇的質量與Nb₂O₅和Yb₂O₃總質量的比為(11～1.3)∶1；