[發(fā)明專利]一種高致密鈮酸鋰高溫壓電陶瓷及其制備方法、應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310465279.X
• 申請(qǐng)日: 2023-04-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116589279A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯俊峰;徐兆鵬;張明哲;田少華;江文莉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北方民族大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/495
• 分類號(hào): C04B35/495;C04B35/622;C04B35/64;G01L1/16
• 代理公司: 寧夏君創(chuàng)未來(lái)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 64107
• 代理人: 周曉梅

本申請(qǐng)涉及一種高致密鈮酸鋰高溫壓電陶瓷及其制備方法、應(yīng)用，通過(guò)對(duì)鈮酸鋰粉體A進(jìn)行缺陷化處理，增加鈮酸鋰粉體B中的氧空位缺陷，且無(wú)雜質(zhì)引入，然后進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，得到高致密的鈮酸鋰陶瓷，再對(duì)燒結(jié)得到的鈮酸鋰陶瓷進(jìn)行增氧處理，較大提升高致密鈮酸鋰高溫壓電陶瓷的壓電性能，所得到的高致密鈮酸鋰高溫壓電陶瓷的居里溫度為1203℃、相對(duì)密度為99.33%至99.41%、壓電常數(shù)為24.6pC/N至25.2pC/N，本申請(qǐng)公開(kāi)的方案既能夠大幅度提升高致密鈮酸鋰高溫壓電陶瓷的相對(duì)密度及壓電性能，還能夠避免引入的其他化學(xué)組分，從而保證高致密鈮酸鋰高溫壓電陶瓷的居里溫度較高，促進(jìn)壓電材料技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及高溫壓電陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高致密鈮酸鋰高溫壓電陶瓷及其制備方法、應(yīng)用。

背景技術(shù)

壓電材料可以實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換，在傳感器、換能器、壓電陀螺等方面得到廣泛應(yīng)用。對(duì)于壓電材料而言，其居里溫度決定著使用溫度，當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)居里溫度后，壓電材料產(chǎn)生退極化現(xiàn)象，壓電效應(yīng)消失，器件隨之失效。因此在航空航天、石油鉆井、核電工業(yè)等高溫環(huán)境下工作的壓電傳感器所用的壓電材料必須有足夠高的居里溫度。

目前已知居里溫度最高的商業(yè)化應(yīng)用壓電材料為鈮酸鋰，鈮酸鋰具有良好的壓電性能，其居里溫度高達(dá)1210℃，遠(yuǎn)高于鉛基、鈦酸鉍基、鈮酸鉀鈉基等商業(yè)化應(yīng)用壓電陶瓷(這些材料目前商業(yè)化應(yīng)用的居里溫度不超過(guò)600℃)。當(dāng)前超過(guò)600℃高溫壓電傳感器用的壓電材料主要是鈮酸鋰單晶，但鈮酸鋰單晶的制備周期長(zhǎng)、加工難度大、生產(chǎn)成本高昂。因此，具有相同居里溫度的鈮酸鋰陶瓷成為高溫壓電材料的首選。鈮酸鋰陶瓷的燒結(jié)屬于單元系燒結(jié)，燒結(jié)致密化困難，難以制備出相對(duì)密度(致密度)較高的鈮酸鋰陶瓷，而致密度低的鈮酸鋰陶瓷中的孔隙則會(huì)嚴(yán)重惡化其壓電性能，這就需要能夠制備出致密度高的鈮酸鋰陶瓷，鈮酸鋰陶瓷的制備方法一般有激光輻照法、固相燒結(jié)法。

現(xiàn)有技術(shù)中，如專利號(hào)為CN200710099428.6的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)的鈮酸鋰功能陶瓷的制備方法中，將同成分的鈮酸鋰粉體與聚乙烯醇混合造粒后進(jìn)行壓片，最后用激光輻照法在980℃至995℃時(shí)燒結(jié)得到同成分的鈮酸鋰陶瓷。該方法中由于聚乙烯醇的熱解會(huì)在鈮酸鋰陶瓷中引入碳雜質(zhì)，這會(huì)對(duì)鈮酸鋰陶瓷的居里溫度和壓電性能產(chǎn)生負(fù)面影響。同樣地，傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法在制備鈮酸鋰陶瓷過(guò)程中也需加入聚乙烯醇或其他有機(jī)添加劑作為壓制成型的粘結(jié)劑，同樣會(huì)在鈮酸鋰陶瓷中引入碳雜質(zhì)。

綜上所述，目前采用在鈮酸鋰粉體中加入燒結(jié)助劑或其他化學(xué)成分的粉體進(jìn)行多元系燒結(jié)，僅能夠在一定程度上會(huì)提高鈮酸鋰陶瓷的相對(duì)密度，但鈮酸鋰陶瓷的相對(duì)密度還是較低，影響鈮酸鋰陶瓷的壓電性能，且引入的其他化學(xué)組分會(huì)導(dǎo)致鈮酸鋰陶瓷的居里溫度降低及壓電性能變差。

因此，為解決鈮酸鋰粉體難以致密化的問(wèn)題，需開(kāi)發(fā)能夠致密度高，且不引入其他組元的鈮酸鋰陶瓷制備技術(shù)，以獲得具有居里溫度高、相對(duì)密度高、壓電性能好的鈮酸鋰高溫壓電陶瓷。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，在鈮酸鋰粉體中加入燒結(jié)助劑或其他化學(xué)成分的粉體進(jìn)行多元系燒結(jié)，僅能夠在一定程度上會(huì)提高鈮酸鋰陶瓷的相對(duì)密度，鈮酸鋰陶瓷的相對(duì)密度還是較低，影響鈮酸鋰陶瓷的壓電性能，且引入的其他化學(xué)組分會(huì)導(dǎo)致鈮酸鋰陶瓷的居里溫度降低及壓電性能變差。提供一種高致密鈮酸鋰高溫壓電陶瓷及其制備方法、應(yīng)用，本申請(qǐng)公開(kāi)的方案既能夠大幅度提升高致密鈮酸鋰高溫壓電陶瓷的相對(duì)密度及壓電性能，還能夠避免引入的其他化學(xué)組分，從而保證高致密鈮酸鋰高溫壓電陶瓷的居里溫度較高，更加接近鈮酸鋰的理論居里溫度。

一種高致密鈮酸鋰高溫壓電陶瓷的制備方法，包括以下步驟：