[發明專利]一種用于疊層致動器低溫共燒壓電陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110994661.0
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113582689B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 張博;陰伏星;李佳;蔡東;嚴偉
• 申請（專利權）人: 成都匯通西電電子有限公司
• 主分類號: C04B35/493
• 分類號: C04B35/493;C04B35/622;C04B35/64;C04B41/88;H01L41/083;H01L41/09
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所(有限合伙) 51213
• 代理人: 趙以鵬

本發明公開了一種用于疊層致動器低溫共燒壓電陶瓷材料及其制備方法，其化學通式為aPb(Mg_1/3Nb_2/3)?bPb(Sb_1/2Nb_1/2)?cPb(Zn_1/3Nb_2/3)?dPb(Zr_0.52Ti_0.48)+x％LiF+y％M_uOv+z％SrCO₃，其中0.03≤a≤0.06；0.01≤b≤0.03；0.005≤c≤0.03；0.80≤d≤0.95，0x≤0.2，0y≤1，0z≤0.2。通過調整陶瓷配方以及添加組合摻雜劑，可以將陶瓷的燒結溫度從1200℃降至850～950℃，并能獲得大的壓電常數(d₃₃≥500pC/N)、大的機電耦合系數(k_p≥0.65)、以及較高居里點(T_c250℃)及適中的介電常數(ε_r＝2000～4000)，可以滿足疊層壓電致動器共燒工藝對陶瓷材料的應用要求。

技術領域

本發明屬于無機非金屬電子材料技術領域，涉及一種壓電陶瓷材料的制備方法，具體涉及一種用于疊層致動器低溫共燒壓電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

壓電疊層致動器廣泛應用于精密機械加工、微笑振動控制、微電子技術、光學校準等需要精確定位的高新技術領域。而這些應用領域需要壓電陶瓷器件向小體積、低驅動、大位移、可集成等方向發展。壓電疊層器件需要滿足靈敏度高、靜態輸出力矩大、溫度穩定性好等特點，而作為核心的壓電驅動材料配方必須具備：高的壓電常數以實現低電壓驅動和大的輸出力；高的機電耦合系數以便具有較寬的工作頻率和較高的轉換效率；較高的居里點從而改善器件的溫度穩定性，才可以適應惡劣應用環境以及避免器件工作過程中產生的熱量導致器件性能蛻化；適中的介電常數ε，避免交變電場下的發熱和較高輸入阻抗。

Pb(Mg_1/3Nb_2/3)-Pb(Zr_0.52Ti_0.48)(PMN-PZT)是一種典型的三元體系鈣鈦礦壓電陶瓷材料，它具有高的壓電常數、高的機電耦合系數以及較高的居里溫度，是疊層致動器的關鍵材料。但該體系壓電陶瓷燒結溫度一般在1200℃以上，較高的燒結溫度會導致材料中的鉛揮發，污染環境的同時會導致陶瓷材料中化學計量比的偏離。這不僅會產生雜相，導致鈣鈦礦結構的變化，同時會惡化陶瓷的壓電性能，還會影響產品批量生產的一致性。降低壓電陶瓷燒結溫度的方法有：1)改進制備工藝如化學方法制粉，提高粉體活性，降低陶瓷燒結溫度，但該方法工藝復雜成本較高；2)添加玻璃粉或低熔點氧化物燒結助劑，在燒結過程中，玻璃或者低熔點氧化物形成液相，易于傳質，有利于氣孔的排除和陶瓷的致密化，降溫效果非常明顯，但陶瓷晶界容易聚集非鐵電第二相，導致材料性能急劇惡化，不利于高性能水平的應用領域；

3)固溶或摻雜氧化物，形成過渡液相燒結，在燒結前期形成液相促進傳質降低燒結溫度，在燒結后期液相進入晶格，減少雜相的生成，避免了陶瓷性能的惡化。兼顧壓電陶瓷的低溫燒結以及高水平的壓電性能是壓電陶瓷低溫燒結研究的難點。