[發明專利]一種壓電陶瓷材料、其制備方法及壓電陶瓷傳感器

有效

• 申請號: 202010955959.6
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112225550B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 李春;李立新
• 申請（專利權）人: 廣東天瞳科技有限公司
• 主分類號: C04B35/40
• 分類號: C04B35/40;C04B35/622;C04B35/626;C04B35/64;G01L1/14
• 代理公司: 廣州駿思知識產權代理有限公司 44425
• 代理人: 潘桂生

1.一種壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于：

所述壓電陶瓷材料為釤、鈧共摻雜鐵酸鉍-鈦酸鋇-鈦酸鍶壓電陶瓷材料，其是由鐵電材料BiFeO₃、BaTiO₃和SrTiO₃通過摻雜稀土元素Sm、Sc并固相燒結制成，具有以下化學通式：0.4Bi_0.85Sm_0.15Fe_0.95Sc_0.05O₃-0.27BaTiO₃-0.33SrTiO₃；

所述壓電陶瓷材料的制備方法包括以下操作步驟：

步驟S1、配料

選取分析純Bi₂O₃、BaCO₃、TiO₂、Sm₂O₃、Sc₂O₃ 、SrCO₃和Fe₂O₃為原料，按制備化學通式為[0.4Bi_0.85Sm_0.15Fe_0.95Sc_0.05O₃-0.27BaTiO₃-0.33SrTiO₃]體系所需化學計量比稱取上述原料粉料；

步驟S2、球磨

對步驟S1所得原料粉料進行球磨處理，得到混合粉料；對所述混合粉料進行密封預燒2小時，再對預燒后的混合粉料進行二次球磨處理；

步驟S3、研磨造粒

向步驟S2所得混合粉料加入膠黏劑充分研磨造粒，然后壓成壓電陶瓷胚體；

步驟S4、排膠燒結

對步驟S3所得壓電陶瓷胚體進行排膠處理，隨后將排膠處理后的壓電陶瓷胚體密封燒結3小時，待冷卻后即得所述壓電陶瓷材料。

2.根據權利要求1所述的壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于：所述步驟S2中的球磨處理為在粉料中加入氧化鋯磨球和乙醇后，以300～500轉/分鐘的轉速球磨12～36小時。

3.根據權利要求2所述的壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于：所述步驟S2中所述球磨處理中所述粉料與所述氧化鋯磨球的質量比為1:1，所述氧化鋯磨球的直徑為3～6mm。

4.根據權利要求3所述的壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于：所述步驟S2中氧化鋯磨球中直徑為6mm的磨球、直徑為4～5mm的磨球以及直徑為3mm的磨球的數量比為1:2:3。

5.根據權利要求4所述的壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于：所述步驟S2中在球磨處理、密封預燒以及二次球磨處理后還包括對所得混合粉料進行烘干，并對烘干后不含乙醇的混合粉料進行研磨。

6.根據權利要求1所述的壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于：所述步驟S2中所述密封預燒的具體操作步驟為先將干燥后的混合粉料放置于一個氧化鋁坩堝中，并將該氧化鋁坩堝正放置于氧化鋁燒結板上，并在該氧化鋁坩堝周圍沿周向添加一層與所述混合粉料成分及配比相同的原料粉料；再在盛放有所述混合粉料的氧化鋁坩堝上方倒扣放置一個氧化鋁坩堝，并在倒扣放置的氧化鋁坩堝開口處沿周向覆蓋一層氧化鋁粉末進行密封。

7.根據權利要求1所述的壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于：步驟S3所述排膠處理為將壓電陶瓷胚體先在300℃保溫1小時后升溫至500℃保溫2小時；所述密封預燒的處理溫度為800℃，所述密封燒結的處理溫度為1100℃。

8.根據權利要求7所述的壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于：所述步驟S4中所述密封燒結的具體操作步驟為先將所述陶瓷胚體正放置于氧化鋁燒結板上，并在所述陶瓷胚體上添加一層與所述混合粉料成分及配比相同的原料粉料；再在所述陶瓷胚體的上方倒扣放置氧化鋁坩堝，并在所述氧化鋁坩堝開口處沿周向覆蓋一層氧化鋁粉末進行密封。

9.一種壓電陶瓷傳感器，其特征在于：包括壓電陶瓷電容器；所述壓電陶瓷電容器包括底電極、頂電極以及電介質；所述電介質位于所述底電極與所述頂電極之間，所述電介質為權利要求1所述壓電陶瓷材料。