[發(fā)明專利]一種高溫壓電陶瓷材料及其相界調(diào)控方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310065885.2
• 申請日: 2023-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN116063071A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙天龍;石柯飛;費(fèi)春龍;董廣志;王滿之;孫韜;孫昕郝;張娟;劉文;全熠;戴顯英
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/472
• 分類號(hào): C04B35/472;C04B35/622;C04B35/638;C04B41/88
• 代理公司: 西安嘉思特知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 辛菲

本發(fā)明公開了一種高溫壓電陶瓷材料及其相界調(diào)控方法，包括：制備R相壓電陶瓷材料；制備T相壓電陶瓷材料；將R相壓電陶瓷材料和T相壓電陶瓷材料按照特定比例混合以尋找相界MPB，并將該相界MPB處對應(yīng)的R相壓電陶瓷材料和T相壓電陶瓷材料壓制成型形成陶瓷胚體；采用特定排塑燒結(jié)工藝對陶瓷胚體進(jìn)行燒制形成最終的高溫壓電陶瓷材料。本發(fā)明可以快速尋找到相界MPB，從而縮短高溫壓電陶瓷材料的制備周期。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于壓電陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫壓電陶瓷材料及其相界調(diào)控方法。

背景技術(shù)

高溫壓電材料被廣泛應(yīng)用于航空航天、地質(zhì)勘探、石油化工、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等許多要求工作于特殊環(huán)境下的高新技術(shù)領(lǐng)域，如衛(wèi)星上的微位移驅(qū)動(dòng)器、汽車電噴、地質(zhì)勘探過程中的振動(dòng)傳感器、加速度傳感器等都必須使用高溫壓電材料。

目前應(yīng)用最廣泛的壓電材料主要是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鋯鈦酸鉛(PZT)基壓電材料。準(zhǔn)同型相界(Morphotropic?Phase?Boundary，簡稱MPB)一開始就是在研究鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的PZT固溶體時(shí)提出的，其通常是指兩個(gè)具有不同結(jié)構(gòu)的鐵電相以不同比例形成固溶體時(shí)，分隔這兩種鐵電相的臨界組分的區(qū)域。新型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電體BiScO₃-PbTiO₃以其與PZT性能相當(dāng)?shù)碾妼W(xué)性能，同時(shí)高達(dá)450℃的居里溫度引起人們的廣泛關(guān)注。但是由于Sc元素高昂的價(jià)格，該材料體系一直沒有投入大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，近年來人們通過引入Co、In、Fe等元素取代Sc元素，雖然可以保證較高的居里溫度，但是壓電性能大大降低；研究者們還通過引入LiNbO₃、LiTaO₃等ABO₃型第三元構(gòu)成三元系固溶體，這種方法雖然可以保證優(yōu)異的壓電性能，但是居里溫度又大大降低。目前最為有效的一種方法是引入弛豫性結(jié)構(gòu)鐵電體，與BS-PT形成三元系固溶體，既可以保證優(yōu)異的壓電鐵電性能，又可以保持400℃以上的居里溫度。

但是，引入弛豫性結(jié)構(gòu)鐵電體后的壓電陶瓷材料體系的相結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以精確調(diào)控，且尋找相界MPB較為困難，目前大多采用的相界調(diào)控方法是進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，以炒菜式方法尋找相界MPB，耗時(shí)耗力，增加了高溫壓電陶瓷材料的制備周期。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種高溫壓電陶瓷材料及其相界調(diào)控方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種高溫壓電陶瓷材料相界調(diào)控方法，包括：

制備R相壓電陶瓷材料；

制備T相壓電陶瓷材料；

將所述R相壓電陶瓷材料和所述T相壓電陶瓷材料按照特定比例混合以尋找相界MPB，并將該相界MPB處對應(yīng)的所述R相壓電陶瓷材料和所述T相壓電陶瓷材料壓制成型形成陶瓷胚體；

采用特定排塑燒結(jié)工藝對所述陶瓷胚體進(jìn)行燒制形成最終的高溫壓電陶瓷材料。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，制備所述R相壓電陶瓷材料的過程，包括：

按化學(xué)組成為(1-x₁)BiScO₃-x₁PbTiO₃的化學(xué)計(jì)量比稱取原料Sc₂O₃、Bi₂O₃、PbO、TiO₂；其中，(1-x₁)和x₁分別表示BiScO₃、PbTiO₃的摩爾比，x₁取值小于0.63；

將上述稱取的原料依次經(jīng)過球磨混合、預(yù)燒、二次球磨混合、烘干、研磨工藝以制備混合粉料；

將上述制備得到的混合粉料加入粘合劑聚乙烯醇后造粒形成所述R相壓電陶瓷材料。