[发明专利]掺杂La2O3的锌铌酸铅-锆钛酸铅压电陶瓷

说明书

技术领域

本发明是关于以成分为特征的陶瓷组合物，尤其涉及掺杂La₂O₃的锌铌酸铅-锆钛酸铅(PZN-PZT)压电陶瓷。

背景技术

压电材料是一种将机械能与电能相互转化的功能陶瓷材料。它是一种具有压电性能的材料。压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应，压电陶瓷除具有压电性外，还具有介电性、弹性等。压电陶瓷材料由于具有优异的电学性能和稳定的力学性能，且制备工艺简单、成本低，因此在信息、航天、激光和生物等高新技术领域及工业生产中都得到了广泛应用。

在换能器应用方面，如压电水声技术，利用正、逆压电效应，通过发射或接收声波，以达到水下探测、通信乃至观察的目的，由于电磁波在水介质中的衰减极大，目前已研制出可侦察上百海里以外水下目标位置及方向的“压电水下雷达”(即声纳系统)。在超声技术中，压电超声诊断仪、超声探伤仪、超声波清洗仪、超声加工设备以及超声计量设备等，其他如电声设备、高压电点火引爆装置等领域，均取得了明显的社会经济效益。

近年来，压电材料在汽车技术领域的应用也越来越多，以实现能量转换、传感、驱动、频率控制等功能。其中压电陶瓷具有响应快、制造简单、能量密度高、易于控制等特点，是制备驱动器的理想材料。其主要用于电动后视镜、电动门窗、电动座椅、制动片的驱动等。当采用压电驱动器或压电电机驱动时，可大大减少电机的体积，且具有控制精度高、不受电磁干扰、无噪声等优点；特别是，压电驱动器或压电电机可直接直线驱动控制，无需将旋转运动转换成直线运动的转换机构。各种压电驱动器已经在智能材料结构、减震降噪系统、MEMS系统中得到了广泛地应用，尤其在智能材料结构中，其作用不可替代，常被用来实现机构的机械动作，从而改变整个智能机构的形状、刚度、固有频率、阻尼等特性。因此，驱动器研究的深入，将大大促进其相关领域的进展。

随着现代电子信息技术的飞速发展，对于性能优异的压电陶瓷材料的开发和探索已成为各国研究的热点问题。目前，在性能改进方面主要采用2种方法：一种是掺杂改性，即掺杂某种改性离子；另一种是改进制备工艺。

尽管人们通过掺杂改性以及工艺的改进，获得了较高压电性能的PZN-PLZT压电陶瓷，但是仍有许多问题未得到解决，其中介电损耗成为一个让很多人头疼的问题。中科院上海硅酸盐研究所的郑夏等人通过对PZN-PLZT体系进行掺杂改性，使压电系数达580pC/N，但其介电损耗非常大(tanδ＞4％)，虽然在此基础上，采用热压烧结，使压电系数提高到680pC/N，但同样没有解决介电损耗大的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种压电系数高、介质损耗小压电陶瓷。

本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明为0.3Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-0.7Pb_yLa_x(Zr_zTi_m)O₃，其中x＝0.01～0.07，y＝1-x，z＝0.50～0.53，m＝1-z。

其优选的原料组分及其摩尔百分比含量为0.3Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-0.7Pb_yLa_x(Zr_zTi_m)O₃，式中x＝0.03～0.07，y＝1-x，z＝0.50～0.52，m＝1-z。

其最佳的原料组分及其摩尔百分比含量为0.3Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-0.7Pb_yLa_x(Zr_zTi_m)O₃，式中x为0.03，y为0.97，z为0.51，m为0.49。

所述压电陶瓷是单一钙钛矿结构。

所述原料为Pb₃O₄、ZnO、Nb₂O₅、ZrO₂、TiO₂、La₂O₃。

所述压电陶瓷于1230～1270℃烧结。