[发明专利]压电陶瓷材料、烧结体及其制备方法、压电陶瓷器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压电性能的压电陶瓷材料、烧结体、压电陶瓷器件及采用所述压电陶瓷材料的烧结体的制备方法。

背景技术

自1954年人们发现了PZT锆钛酸铅压电陶瓷后，美国、日本、荷兰等许多国家对压电陶瓷系统进行了详尽的研究，并且随着研制的深入派生出了一系列性能优越的PZT压电陶瓷材料，压电陶瓷材料的应用范围也大大拓展。其中以锆钛酸铅为基础，用多种元素改进的三元系、四元系压电陶瓷也都应运而生。

为了得到为得到高性能的压电陶瓷，目前多采用对Pb(Zr，Ti)O₃改性的A位（Pb）或B位（Zr,Ti）进行部分置换，并改变锆钛比以达到调整性能的目的。制备方法多采用普通固相烧结法，即通过对预烧后的粉末与一定的粘结剂等配比，干压成型后来进行烧结。这种烧结方法不但不能满足压电元器件日益多元化和复杂化的要求，同时需要较高的烧结温度(1200℃-1300℃)，也不利于成本的降低，而且在烧结过程中PbO挥发严重，不仅会损害人类的健康以及污染环境，还会导致实际成分的偏离，从而使性能改变，铅的挥发还会对烧结设备的加热棒造成腐蚀，降低了设备的使用寿命。

随着表面贴装技术（SMT）的发展，多层压电陶瓷以其高效率、小型化、功能集成化备受市场青睐，这就要求内电极和陶瓷必需共烧合成。银的熔点为961℃，在此温度之上一般采用钯银合金作为共烧电极，随着钯含量的升高，其价格将带动产品成本的大幅升高。

发明内容

因此，本发明采用的低温烧结可以降低能耗、减小PbO的挥发，既避免陶瓷组分的波动及偏离设计组成，也减轻了挥发对环境的污染，同时还减轻了对烧结设备的腐蚀、在多层器件中，一般用Ag/Pd合金做内电极，以防止电极在烧结过程中的氧化，如果降低烧结温度，可以降低Ag/Pd合金中Pd的比例甚至采用纯Ag电极，大大降低器件的成本。

为了解决上述问题，本发明提供了一种压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料含有用化学通式:

PbZr_aTi_b(Nb_2/3Ni_1/3)_1-a-bO₃+c%BaW_0.5Cu_0.5O₃+d%SiO₂表示且满足如下关系的主要组分：0.1≤a≤0.4，0.2≤b≤0.5，0.1≤c≤3，0.05≤d≤1。

优选的，所述压电陶瓷烧结体是通过烧制如权利要求1所述的压电陶瓷材料而得到的烧结体。

一种压电陶瓷烧结体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

配料：按PbZr_aTi_b(Nb_2/3Ni_1/3)_1-a-bO₃化学式配比提供压电陶瓷材料的各组分并将所述组分制成粉末，所述组分包括Pb₃O₄、TiO₂、ZrO₂、Nb₂O₅、NiO、CuO、BaCO₃、WO₃、SiO₂；混料：将上述配置好的粉末加1：1质量的蒸馏水混合8小时后烘干；煅烧：将上述烘干后的产物在780-850℃的环境中煅烧3h以合成得到煅烧产物；添加低温助剂和粉碎：按照c%BaW_0.5Cu_0.5O₃+d%SiO₂的质量百分比在所述煅烧产物中加入低温助剂，然后粉碎并烘干以形成混合物；制浆：向上述混合物中加入粘结剂、增塑剂、分散剂、溶剂并混合以形成陶瓷浆料；成型：将所述陶瓷浆料除泡后流延形成陶瓷薄膜；叠置：将上述陶瓷薄膜层叠设置形成层压产物；烧结：在900-950℃的环境中保温3h烧制所述层压产物形成压电陶瓷烧结体。

优选的，在配料步骤中，所述组分通过原料选择或球磨混合的方式制成粉末。

优选的，在配料步骤中，所述粉末的颗粒度中位数控制在2μm以下。

优选的，所述混料步骤中，配置好的粉末与蒸馏水在球磨机内进行混合。