[發明專利]一種高壓電性能陶瓷材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710181022.6
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN107032789A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 武行峰
• 申請（專利權）人: 合肥羿振電力設備有限公司
• 主分類號: C04B35/49
• 分類號: C04B35/49;C04B35/622
• 代理公司: 合肥道正企智知識產權代理有限公司34130
• 代理人: 張浩

技術領域

本發明涉及電介質材料技術領域，具體涉及一種高壓電性能陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的信息功能陶瓷材料-壓電效應,壓電陶瓷除具有壓電性外, 還具有介電性、彈性等, 已被廣泛應用于醫學成像、聲傳感器、聲換能器、超聲馬達等。壓電陶瓷利用其材料在機械應力作用下，引起內部正負電荷中心相對位移而發生極化，導致材料兩端表面出現符號相反的束縛電荷即壓電效應而制作，具有敏感的特性，壓電陶瓷主要用于制造超聲換能器、水聲換能器、電聲換能器、陶瓷濾波器、陶瓷變壓器、陶瓷鑒頻器、高壓發生器、紅外探測器、聲表面波器件、電光器件、引燃引爆裝置和壓電陀螺等，除了用于高科技領域，它更多的是在日常生活中為人們服務，為人們創造更美好的生活而努力。

壓電陶瓷與典型的不包含鐵電成分的壓電石英晶體的主要區別是： 構成其主要成分的晶相都是具有鐵電性的晶粒. 由于陶瓷是晶粒隨機取向的多晶聚集體，因此其中各個鐵電晶粒的自發極化矢量也是混亂取向的. 為了使陶瓷能表現出宏觀的壓電特性，就必須在壓電陶瓷燒成并于端面被復電極之后，將其置于強直流電場下進行極化處理，以使原來混亂取向的各自發極化矢量沿電場方向擇優取向. 經過極化處理后的壓電陶瓷，在電場取消之后，會保留一定的宏觀剩余極化強度，從而使陶瓷具有了一定的壓電性質.

高壓電性能發生器要用到很多高壓電性能陶瓷電容器和大容量高壓電性能電容器。傳統一般都使用高壓電性能薄膜類的電容器，但是隨著陶瓷電容的優勢不斷體現，薄膜電容器將越來越少的出現在高壓電性能發生器中。壓電陶瓷材料的應用領域很廣，主要包括壓電驅動元件、高壓電性能瓷片電容器。同時，壓電陶瓷材料需要優良的機械韌性，能承受高頻率下的機電轉換。通常用于生產高壓電性能陶瓷電容器的介質中含有一定量的鉛，這不僅在生產、使用和廢棄過程中對人體和環境造成危害，而且對性能穩定性也有不良影響。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種高壓電性能陶瓷材料，該高壓電性能陶瓷材料具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化、介電常數較高、性能穩定的優點。本發明的高壓電性能陶瓷材料的制備方法成本較低、原料易得、且制備工藝簡單，具有良好的應用前景。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

本發明提供了一種高壓電性能陶瓷材料，包括以下重量份的原料：

二氧化鋯50-60份、鈦酸鋇40-50份、防電暈污閃助劑10-20份、三氧化二銻1-5份、二氧化硅1-2份、稀土氯化物0.5-2份、硫化鈷0.5-1份、亞硝酸鉀0.05-0.5份、氧化鋅0.5-1份、凹凸棒石黏土1-2份、碳酸錳0.5-1份。

優選地，所述高壓電性能陶瓷材料包括以下重量份的原料：

二氧化鋯55份、鈦酸鋇45份、防電暈污閃助劑15份、三氧化二銻3份、二氧化硅1.5份、稀土氯化物1.2份、硫化鈷0.8份、亞硝酸鉀0.3份、氧化鋅0.8份、凹凸棒石黏土1.5份、碳酸錳0.8份。

優選地，所述防電暈污閃助劑按質量百分比由以下組分組成：金紅石相TiO₂ 25-70％、銳鈦礦相TiO₂ 28-73％、輔助材料Y₂O₃ 1-2％，以上組分質量百分比之和為100％。

優選地，所述稀土氯化物為氯化鈥、氯化釹、氯化釤、氯化鏑中的一種或幾種。

本發明還提供了一種高壓電性能陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，將氧化鋯、鈦酸鋇、防電暈污閃助劑、三氧化二銻、二氧化硅、硫化鈷、氧化鋅、碳酸錳放入球磨機中，以無水乙醇作為潤滑劑球磨2-3小時，再送入烘干機中在40-50℃下烘干1-2小時得到混合粉體A，球磨后的粉體粒徑在20-50微米；

步驟二，將步驟一中制得的混合粉體A、稀土氯化物、凹凸棒石黏土放入高速攪拌機中攪拌2-4小時，攪拌速度為7500-8500r/min，得到混合物B；

步驟三，將步驟二中制得的混合物B、亞硝酸鉀，噴霧造粒，再壓制成型，在1250-1300℃中燒結3-4 小時，得到高壓電性能陶瓷材料。

優選地，所述步驟一中球磨時間為2.5小時，烘干溫度45℃、烘干時間為1.5小時。

優選地，所述步驟二中攪拌時間為3小時、攪拌速度為8000r/min。

優選地，所述步驟三中燒結溫度為1275℃、燒結時間為3.5小時。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：