[發(fā)明專利]一種低溫燒結(jié)且老化率低的PZT壓電陶瓷材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310144548.9
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103204679A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫兆海;馬濤
• 申請（專利權(quán)）人: 淄博宇海電子陶瓷有限公司
• 主分類號: C04B35/493
• 分類號: C04B35/493;C04B35/622
• 代理公司: 淄博佳和專利代理事務所 37223
• 代理人: 孫愛華

技術(shù)領(lǐng)域

一種低溫燒結(jié)且老化率低的PZT壓電陶瓷材料及其制備方法，屬于壓電陶瓷材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓電陶瓷，是一種能夠?qū)C械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，屬于無機非金屬材料。這是一種具有壓電效應的材料。所謂壓電效應是指某些介質(zhì)在力的作用下，產(chǎn)生形變，引起介質(zhì)表面帶電，這是正壓電效應。反之，施加激勵電場，介質(zhì)將產(chǎn)生機械變形，稱逆壓電效應。這種奇妙的效應已經(jīng)被科學家應用在與人們生活密切相關(guān)的許多領(lǐng)域，以實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、傳感、驅(qū)動、頻率控制等功能。在能量轉(zhuǎn)換方面，利用壓電陶瓷將機械能轉(zhuǎn)換成電能的特性，可以制造出壓電點火器、移動X光電源、炮彈引爆裝置。電子打火機中就有壓電陶瓷制作的火石，打火次數(shù)可在100萬次以上。用壓電陶瓷把電能轉(zhuǎn)換成超聲振動，可以用來探尋水下魚群的位置和形狀，對金屬進行無損探傷，以及超聲清洗、超聲醫(yī)療，還可以做成各種超聲切割器、焊接裝置及烙鐵，對塑料甚至金屬進行加工。

自1880年居里兄弟發(fā)現(xiàn)壓電效應以來，這一效應已在各行各業(yè)和社會生活的各個方面得到廣泛的應用，壓電陶瓷也因此成為除介電陶瓷之外產(chǎn)量較大的電子陶瓷材料。最早被發(fā)現(xiàn)的壓電陶瓷材料為鈦酸鋇，但自50年代PZT陶瓷被發(fā)現(xiàn)以來，PZT就因其機電耦合系數(shù)高、溫度穩(wěn)定性好、居里溫度較高，而且可通過適當?shù)娜〈砑痈男赃_到不同用途等優(yōu)越性，大量占有了壓電陶瓷市場。關(guān)于PZT材料的研究也從探索各種取代添加對材料性能的影響，逐漸拓寬到微觀結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系以及工藝過程的各個方面。PZT材料的低溫燒結(jié)即為其中方向之一。PZT陶瓷一般在1300℃左右燒結(jié)，PbO揮發(fā)嚴重，這不僅會造成環(huán)境污染，而且會導致PZT陶瓷的實際組分偏離所設(shè)計的配方，使其電性能劣化。研究PZT材料的低溫燒結(jié)不僅可以降低電能消耗，而且可以減少PbO的揮發(fā)，避免陶瓷組分的波動及偏離設(shè)計組成，同時也減輕了PbO揮發(fā)所帶來的環(huán)境污染問題。

極化處理后的壓電陶瓷性能隨存放時間的延長而變化的現(xiàn)象，稱為其性能的老化。壓電陶瓷放置的時間越長，總的變化量越大，但變化的速度會逐漸減緩。這個變化是不可逆的，除非其受到新的激勵和干擾(如重新人工極化處理等)，否則不會再具有原來水平的性能。一般規(guī)律是：介電常數(shù)、介電損耗、壓電常數(shù)、彈性柔順系數(shù)都變小；而頻率常數(shù)、機械品質(zhì)因數(shù)值變大。而發(fā)現(xiàn)，這些性能參數(shù)的變化基本上與時間的對數(shù)呈線性關(guān)系，即

式中y代表陶瓷材料的性能參數(shù)，y(t₁)是極化處理以后單位時間t₁（例如1天）測得的該參數(shù)的值，y(t)是極化以后經(jīng)過t時間（例如100天）后測得的值；t₁及t以天數(shù)或小時數(shù)表示。A為常數(shù)，稱為老化率。若取以10為底的對數(shù)，求得的A稱為十倍時間老化率。顯然，∣A∣越小，材料的穩(wěn)定性就越好。

在壓電陶瓷應用的諸多領(lǐng)域中，壓電性能指標，特別是性能的穩(wěn)定性決定著產(chǎn)品是否具有實用性和商業(yè)價值。例如，引爆用壓電陶瓷性能若因長期存放變化大，就不能引爆；點火用壓電陶瓷性能經(jīng)時變化大，就不能點火；壓電超聲馬達、變壓器、超聲換能器等交流諧振驅(qū)動壓電陶瓷元件的諧振頻率變化太大，將使其不能工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低溫下燒結(jié)而成且老化率低的一種低溫燒結(jié)且老化率低的PZT壓電陶瓷材料及其制備方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種低溫燒結(jié)且老化率低的PZT壓電陶瓷材料，其特征在于包括主體成分和附加成分，主體成分組成式為Pb[(Sb_2/5Nb_3/5)_xZr_yTi_1-x-y]O₃，其中0.008≤x≤0.015，0.47≤y≤0.51；附加成分為占主體成分質(zhì)量百分比0.98~1.63%的SnO₂。

優(yōu)選的，所述的附加成分為占主體成分質(zhì)量百分比0.98~1.12%的SnO₂。

一種上述的低溫燒結(jié)且老化率低的PZT壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于，制備步驟如下：