[發明專利]一種壓電陶瓷材料及其制備方法和用途

無效

• 申請號: 201310263528.3
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103319175A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 宋娟;李海;儲濤
• 申請（專利權）人: 鼎泰（湖北）生化科技設備制造有限公司
• 主分類號: C04B35/493
• 分類號: C04B35/493;C04B35/622
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發明涉及一種壓電陶瓷材料及其制備方法和用途，屬于材料科學領域。

背景技術

自從Jaffe（Jaffe?B，Roth?R?S，Marzullo.J.App1.Phys.，1954，25：809—810.[2]Jaffe?B，Roth?R?S，Marzullo?S.J.Res.Nal.Bur.Standars.，1955，55：239-254.）等人成功的從PbTiO3(鐵電體，四方)和PbZr03(反鐵電體，斜方)的固溶體中得到Pb(ZrTi)O3(PZT)陶瓷后，PZT陶瓷以其優良的品質被廣泛應用于壓電、熱電、鐵電器件，例如換能器、變壓器、電腦的記憶顯示器件。隨著壓電電聲器件向著微型化、小型化方向發展以及超聲馬達等各類壓電陶瓷驅動器的開發應用，對壓電材料和器件的要求日益提高。人們希望得到一種壓電應變常數d33、機電耦合系數Kp、機械品質因數Qm較大，即總體性能較好的材料。

作為大功率壓電陶瓷材料要求具有較高的機械強度、較大的機電轉換效率、較小的機電損耗和良好的溫度穩定性等綜合性特點，而傳統的PZT二元系及一些三元系壓電陶瓷材料很難同時兼顧這些方面的要求。

隨著超聲技術的發展和超聲儀器設備應用的深化,對超聲儀器設備的要求也越來越高。超聲儀器設備性能的高低很大程度取決于壓電陶瓷振子品質的好壞,其故障主要是核心部件——壓電陶瓷振子的損壞,如:振子破碎,性能衰減快,漏電流大等，因此壓電陶瓷的材料生產配方決定著超聲儀器設備的使用性能和壽命。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種壓電陶瓷材料，克服現有技術中傳統的PZT二元系及一些三元系壓電陶瓷材料很難同時兼顧作為大功率壓電陶瓷材料要求具有較高的機械強度、較大的機電轉換效率、較小的機電損耗和良好的溫度穩定性等綜合性特點的缺陷。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種壓電陶瓷材料，包括以下質量百分比的組分：紅丹粉65.4%、二氧化鋯16.2%、二氧化鈦12%、碳酸鋇3%、二氧化錫0.6%、五氧化二鈮2.7%、二氧化鋅0.05%、二氧化錳0.08%、二氧化鉻0.02%、二氧化鈰0.04%。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

本發明還提供一種上述壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1）稱量以下物料：紅丹粉65.3%、二氧化鋯16.2%、二氧化鈦12%、碳酸鋇3%、二氧化錫0.6%、五氧化二鈮2.7%、二氧化鋅0.05%、二氧化錳0.08%、二氧化鉻0.02%、二氧化鈰0.04%，用精度為0.001g分析天平進行稱重；

步驟2）混合均勻后進行球磨：將步驟1）配制的原料于滾動球磨機中混料，采用加水濕磨，球、原料、水的質量比例為：2:1:0.6，球磨時間一般為24小時，篩除球得到粉料、烘干；

步驟3）預燒：將步驟2）烘干后的粉料在650℃保溫1～2小時后，再在850℃再保溫2小時，預燒形成合成料；一般情況下保溫時間的長短也可根據裝料多少和裝爐多少來確定。

步驟4）球磨破碎：采用滾動球磨機加水濕磨，球、合成料、水的質量比例為：2:1:0.6，球磨時間一般為24小時，篩除球，得到壓電陶瓷材料。

本發明還提供一種應用權利要求1所述的壓電陶瓷材料制成超聲波清洗用壓電振子。

本發明還提供一種應用權利要求1所述的壓電陶瓷材料制成超聲波清洗用壓電振子的方法，包括以下步驟：

步驟1）制粒：在粉料中加入粉料質量5%的粘合劑，攪拌均勻，采用噴霧式制粒

步驟2）成型：采用干壓成型制成坯體，成型壓強為1.5～2噸/cm²；

步驟3）排塑：將步驟2）所述坯體在850℃保溫1小時，升溫速度為75℃/小時，然后排塑；

步驟4）燒成：將排塑后的坯體在燒成溫度為1150℃～1250℃保溫2小時，冷卻后形成壓電陶瓷片打磨至合適尺寸；

步驟5）上電極：在所述壓電陶瓷片上設置一層1～2μm（微米）金屬薄膜；

步驟6）極化：極化是對步驟5）制備的壓電陶瓷片半成品施加3KV/mm強直流電場，使之具有壓電性能，制成超聲波清洗用壓電振子。

本發明的有益效果是：該組成成分構成的壓電陶瓷材料，有利于提高壓電陶瓷材料的穩定性，使得制成的超聲波清洗用壓電振子超過傳統的二元系材料及三元系材料指標，靈敏度增加，提高使用壽命，諧振頻率變化率、電容量變化率及余震變化率均減小；使得成品合格率提高，工藝簡單、成本低廉。

具體實施方式