一种PZT基压电陶瓷及其制备方法发明专利.docx
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一种PZT基压电陶瓷及其制备方法技术领域
本制造属于压电陶瓷制备技术领域,尤其涉及一种PZT基压电陶瓷及其制备方法。背景技术
压电陶瓷因其具有压电效应而得名。当受到机械应力的作用或感应到振动信号时,在压电陶瓷两电极面间将会有电压信号输出,此为正压电效应;反之,给压电陶瓷施加电信号时,它也可以将电信号转换成振动信号,此为逆压电效应。利用这两种特性(正逆压电效应)可以设计出很多具有特别功能的元器件。其中,Pb(ZrxTi 1-x)O3(PZT)压电陶瓷是由PbZrO3和PbTiO3形成的连续固溶体(0≤x≤1),具有钙钛矿构造,也是目前争论最多、应用最广的压电陶瓷。自20世纪50年月被觉察以来,因其机电耦合系数高、温度稳定性好、居里温度较高,并具有良好的介电和压电性能,始终占据着压电陶瓷领域的主导地位。它作为机、电、声、
光、热敏感材料,在传感器、换能器、无损检测和通讯技术等领域己获得广泛应用,是一种进展前景格外良好的功能陶瓷材料。
传统制备压电陶瓷的方法是固相烧结法,其具有操作工艺简洁、无需特别设备等优点,是工业制备压电陶瓷的主要方法。因此,一般状况下,PZT压电陶瓷的烧结温度在1200℃以上,烧结时间超过2h。因在高温及长时间的烧结条件下,其组份中的PbO简洁挥发(挥发温度约为800~900℃),导致压电陶瓷的化学计量比发生偏差,影响材料的压电性能并会对人体造成损害、对环境造成污染;另外,烧结温度高,能耗大,不符合节约本钱降低能耗的原则。为削减高温下PbO的挥发及损失,一般在配料时参加过量的PbO,或者将烧结坯置入密闭坩埚中,并埋入PbO原料粉中,保证在铅的气氛中进展烧结。然而,这种方法难以准确掌握PZT压电陶瓷中Pb的含量,导致性能降低,同时不能将PbO的挥发从根本上消退。因此,国内外争论人员均乐观开展降低压电陶瓷烧结温度的争论,这样既能有效地削减烧结过程中PbO的挥发而减轻对人体和环境污染、稳定压电材料的性能,又能大大降低能耗,节约资源。
目前,主要从配方和工艺两个方面来实现压电陶瓷材料的低温烧结。配方方面,通过添加玻璃粉或低熔点氧化物作为烧结助剂在烧结过程中形成液相,易于原子间集中,促进陶瓷在低温下烧结致密化,从而使材料的烧结温度下降。电子科技大学的李元勋用淬火法制备玻璃助烧剂LBBS,将PZT基压电陶瓷片的烧结温度从1000℃以上降低至850℃,提高了陶瓷烧结的致密化,相对密度到达95%(CN107573067A)。天津大学的孙清池承受传统的氧化物混合方法,参加CuO常压低温烧结,制备出具有较好综合性能的0.3PNN-0.7PZT三元压电陶瓷材料(CN102659404A)。但是,这种方法往往会产生杂质相,陶瓷晶界简洁聚拢非铁电其次相,导致材料性能急剧恶化,不利于高性能水平的应用领域。工艺方面,主要通过改进粉体制备工艺和烧结工艺来到达降温的效果。对于改进粉体制备工艺而言,传统方法制备压电陶瓷的粉末用氧化物为原料经过固相反响而得到的,该方法需要很高的煅烧温度,这就格外简洁引起陶瓷粉末的颗粒粗化和团聚,这些因素均会导致压电陶瓷形成较差的微观构造和性质。可先将陶瓷粉末进展超细化处理成超细粉体,就能较好的解决上述问题。中国科学院上海硅酸盐争论所的何夕云以异丙醇锆、丙醇钛、三水合醋酸铅及乙二醇甲醚为原料,Zr∶Ti∶Pb=X∶1-X∶1.05(克分子比,0.30≤X≤0.60),将溶液中锆、钛、铅三种组分沉淀出,经过滤、清洗、烘干、过筛、煅烧,制备出粒度均匀、分散性好、大小为120-180nm的超细粉体。化学组分与溶液组分根本全都 (偏差<1.0%),用该粉体制备的PZT厚膜烧结温度低、电性能好(CN1092164C)。但该方法沉
淀剂易混入杂质且工艺简单,本钱较高。对于烧结工艺而言,争论觉察,快速热压烧结法得到的样品具有致密度高,钙钛矿相含量高的特点,性能明显优于传统烧结法得到的样品。中国科学院上海硅酸盐争论所的姚春华以传统固相法制备粉末、等静压成型工艺以及在氧气气氛下热压烧结制备得到PFN-PZT陶瓷材料,其具有较高的热释电系数,适中的介电常数和较低的介电损耗,陶瓷致密度已到达理论密度99%以上,能应用电压模式的红外探测领域(CN103739286A)。该方法由于用到的热压炉和热压时所用模具造价格外昂贵,加热冷却时间长、效率低、导致生产本钱高,而较难以工业化生产。
综上所述,提出一种综合性能优异,绿色环保并适合大规模生产的PZT基压电陶瓷的制备方法是目前亟需解决的问题。
制造内容
针对现有技术中存在的缺乏,本制造的目的在于供给一种高致密度,综合性能佳,电学性能优于同类产品20%以上的PZT基压电陶瓷及其制备方法,本制造的制备方法,在传统粉末冶金工艺根底上