[发明专利]一种高压电系数、高电致应变低温烧结的压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及压电材料技术领域，具体涉及一种高压电系数、高电致应变低温烧结的压电陶瓷材料及其制备方法。 

背景技术

压电材料具有通过从外部施加电场发生应变效果(电能向机械能转换)和通过从外部受到应力在表面产生电荷的效果(机械能向电能转换)的材料，可用于各类信息的检测及存储等，已被广泛应用于军事、汽车、商业和医疗等技术领域。如钛酸锆酸铅盐(Pb(Zr，Ti))O₃；PZT)等的压电材料，对于施加的电压可在1×10^-10m/V的指令中发生大致呈比例的应变，因此能对微小的位置进行调整。另外与其相反，压电材料可产生与施加应力或与自身变形量成比例的电荷，因此可应用于传感器。 

压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体压电材料，常用的压电陶瓷有钛酸钡系、钛酸铅-锆酸铅二元系及在二元系中添加第三种ABO₃(A表示二价金属离子，B表示四价金属离子或几种离子总和为正四价)型化合物，如果在三元系统上再加入第四种或更多的化合物，可组成四元系或多元系压电陶瓷。 

随着现代集成电路规模和速度的提高，压电陶瓷器件正朝着整机一体化、小型化、薄型化、轻型化、高性能化的方向发展。在需求牵引和技术推动下，叠层压电电子元件应运而生。叠层压电电子元件是把涂覆内外电极的陶瓷膜素坯以一定的方式叠合起来，经过一次烧结使之成为一体而制成的。经过这种工艺制成的电子元器件具有体积小、内电感小、耐湿、寿命长、可靠性好等优点，已成为最适应电子技术发展的元件之一，目前在国内外得到充分的重视，日本和美国已经出现了相应的产品，国内，对叠层压电电子元件的研究也正在进行。由于叠层压电电子元件采用内电极与陶瓷素坯共烧，为了保证陶瓷烧结致密，必须使用Pd、Pt等高温电极材料，从而提高了成本，所以设法降低压电陶瓷的烧结温度以便采用Ag、Ag/Ni、Ag/Pd电极实现共烧，始终是一个重要的研究方向。 

目前研究较多的Pb(Zr，Ti)O₃(简约PZT)陶瓷的烧结温度能降低至大约1050℃左右，但是为了能真正实现低温共烧(～950℃)，还需进一步降低压电陶瓷的烧结温度，并使保持良好的压电性能。另一方面，目前的报道中对电致应变性能的研究甚少，不能满足叠层压电滤波器、叠层压电微位移器和叠层压电变压器等的应用需求。 

发明内容

面对现有技术存在的问题，本发明人意识到提供一种具有高压电系数、高电致应变特性，又可在低温实现致密烧结的锶、钡复合掺杂改性的铌镁酸铅-锆钛酸铅压电陶瓷材料，以满足叠层压电滤波器、叠层压电微位移器和叠层压电变压器等的应用需求。同时本发明提供的压电陶瓷材料的制备方法制备工艺简单、配方可调，可适用于规模生产。 

为此，本发明提供一种高压电系数、高电致应变低温烧结的压电陶瓷材料，其中，所述材料的成分以锶、钡复合掺杂改性的铌镁酸铅-锆钛酸铅为基体，并含有CuO。 

本发明中，所述压电陶瓷材料可以用以下通式表示： 

Pb_1-x-ySr_xBa_y(Mg_1/3Nb_2/3)_0.25Ti_0.40Zr_0.35O₃+awt.％CuO，其中，0.02≤x≤0.06，0.02≤y≤0.06，0.2≤a≤0.5。优选地，CuO的含量为0.2～0.5wt.％。

本发明还提供一种上述压电陶瓷材料的制备方法，其中，包括： 

将粉末状的Pb₃O₄、ZrO₂、TiO₂、MgCO₃·5H₂O、Nb₂O₅、SrCO₃及BaCO₃原料按化学计量比配比湿法球磨至所需粒度的工序A；

将经工序A后的所述原料烘干后压块、于不同温度分二段合成得到锶、钡复合掺杂改性的铌镁酸铅-锆钛酸铅的工序B；

将锶、钡复合掺杂改性的铌镁酸铅-锆钛酸铅块体研磨粉碎成粉体、掺入0.2～0.5wt.％CuO、细磨后压制成型获得素坯的工序C；

对所述素坯排除有机物的工序D；

将经工序D的所述素坯在930～980℃温度下保温2～5小时烧结获得压电陶瓷材料的工序E。