[发明专利]掺杂的五元系低温烧结压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及到用于压电器件或电致伸缩器件。

背景技术

压电材料是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。它是一种具有压电效应的材料。它可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用，而且新一代的压电材料还具有条件反射和指令分析的能力。压电材料的这种独特功能，使其在智能材料系统中具有更广阔的应用前景。

PZT压电陶瓷是目前使用的最为广泛的商业用电子材料之一。压电陶瓷器件作为一种新型一体化固体电子器件，与传统电磁式器件相比，具有结构简单、体小量轻、无铁损、耐潮湿、无噪音、不怕短路等优点，特别适用于电子器件向集成化、片状化的方向发展。近年来，压电陶瓷在贾卡梳、扬声器和汽车驱动器等上的应用发展极为迅速，要求压电材料具有高的机电耦合系数K_p、介电常数ε_r、压电常数d₃₃以及低的机械品质因数Q_m、介电损耗tanδ。对于近年来广泛应用的压电陶瓷多层器件，由于压电陶瓷烧结温度高(1200～1300℃)，必须用铂、钯等贵金属作为内电极，大大提高了器件的制造成本，若能降低压电陶瓷材料的烧结温度，则可采用导电性能良好、价格较低的低钯含量的Ag-Pd浆或纯Ag浆作为内电极，从而大大减低了器件的生产成本，这对于材料的制备及应用有着重要意义。也在避免陶瓷组分偏离、降低能源损耗及防止高温带来PbO挥发而污染环境方面均有着重要的经济和社会效益。因此，开发高性能、高可靠性、低的烧结温度、低成本多层压电陶瓷材料已成为重要的研究方向。

目前，研究工作主要集中在二元系、三元系和四元系的压电陶瓷材料上，如：PZT、PMN-PZT、PZN-PMS-PZT、PNW-PMN-PZT。但研究五元系并同时获得高压电常数d₃₃、高平面机电耦合系数K_p、高介电常数ε_r和低的机械品质因数Q_m、低的介电损耗tanδ，低的的体系尚不多见。申请人已经申请了申请号为：200810150177.4，发明名称为：驱动器用含铌锑酸铅的五元系压电陶瓷材料及制备方法的专利，它具有优良的压电特性，但烧结温度比较高(1150℃～1200℃)。因此本工作旨在找出一种合适的添加剂以降低五元系Pb(Mg_1/2W_1/2)O₃-Pb(Sb_1/2Nb_1/2)O₃-Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-PZT(PMWSN-PNN-PZT)陶瓷烧结温度的同时兼顾高的电性能。通过探讨Ba(Cu_1/2W_1/2)O₃含量对PMWSN-PNN-PZT陶瓷的烧结温度和电性能的影响，从而寻找一个最佳组份和制备工艺，以制备具有高压电常数、高平面机电耦合系数、高介电常数和低的机械品质因数、低的介电损耗并兼顾低烧结温度的压电陶瓷驱动器用材料。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于提供一种高压电常数、高平面机电耦合系数、低温烧结且温度范围宽、性能好、实用性强、易生产的掺杂的五元系低温烧结压电陶瓷材料。

本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种掺杂的五元系低温烧结压电陶瓷材料的制备方法。

解决上述技术问题所采用的方案是用下述通式表示的材料组成：0.02Pb(Mg_1/2W_1/2)O₃-yPb(Sb_1/2Nb_1/2)]O₃-(0.39-y)Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-Pb_0.59(Zr_0.38Ti_0.21)O₃+xBa(Cu_1/2W_1/2)O₃，式中0.10wt.％≤x≤0.40wt.％，0.000＜y≤0.030mol。

上述掺杂的五元系低温烧结压电陶瓷材料的制备方法包括步骤如下：

1、制备钨铜酸钡