[發明專利]一種鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202211057533.4
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115403375B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 董鵬飛;付清波;張鋒;楊彬;吳海濤;應紅;駱光恒;朱彬彬
• 申請（專利權）人: 山東國瓷功能材料股份有限公司
• 主分類號: C04B35/491
• 分類號: C04B35/491;C04B35/622;C04B35/638;C04B41/88
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 張璐

本發明涉及壓電陶瓷技術領域，具體涉及一種鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料及其制備方法。鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料以下列化學通式表示：Pb(Zr_0.55Ti_0.45)?mA?nB；其中，m和n分別為A和B占鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料Pb(Zr_0.55Ti_0.45)?mA?nB的摩爾比；m＝0.01～0.02；n＝0.005～0.012；A為La、Sm、Nd中的至少一種；B為Mn、Fe、Cr中的至少一種。本發明提供的多種元素摻雜的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料，其壓電性能d₃₃300PC/N，且其介電損耗0.80％，完全可以在高頻超聲馬達等場景中進行使用，比市面上的三元硬壓電材料有著更高的居里溫度。

技術領域

本發明涉及壓電陶瓷技術領域，具體涉及一種鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

鋯鈦酸鉛(PZT)是應用最廣泛的一種鈣鈦礦結構的壓電陶瓷材料，因其優異的壓電特性，高的壓電常數，較高的使用溫度，可以制備成如超聲波換能器、揚聲器、傳感器、制動器等器件。單純的鋯鈦酸鉛(PZT)壓電性能比較低，壓電常數d₃₃在250PC/N，介電損耗1.05％，其性能單一很難滿足各種器件的使用需要。因此各國學者對其進行了不同的改性研究。

其中，通過鉛基弛豫鐵電體Pb(B’BB”)與PZT復合，構建三元壓電材料，能夠獲得不同的性能，極大的擴展了壓電材料的應用。所增加的鉛基弛豫鐵電體有兩個共同特點：第一，他們進入鋯鈦酸鉛固溶體后，不改變鈣鈦礦結構；第二，在原來鈣鈦礦型結構中B位置，由兩種不是四價的金屬離子占據，但這兩種金屬離子的含量與其價數乘積之和，應該與鈦離子(或鋯離子)的化學價相同。這樣類型的弛豫鐵電體有很多種類型，例如Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃、Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃、Pb(Mn_1/3Nb_2/3)O₃、Pb(Mn_1/3Sb_2/3)O₃、Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃、Pb(Fe_1/2Nb_1/2)O₃等。通過弛豫鐵電體與PZT復合，構建的三元壓電材料使其性能發生了一系列變化，可以分為軟瓷和硬瓷體系。軟瓷是指具有高壓電常數，高機電耦合系數，高損耗的材料，這樣的弛豫鐵電體比較多，例如PMN，PNN，PZN等。硬瓷是指具有較低的損耗，高的機械品質因素的材料，這類材料的使用頻率較高，因此可以制成高頻超聲馬達，其利用壓電陶瓷的逆壓電效應產生超聲振動，然而由于長時間工作的需要，要求其擁有較低的損耗(0.8％)，以延長其工作壽命，這種弛豫鐵電體比較少，一般只有PMS和PMN。