[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。

目前压电陶瓷多采用传统固相烧结法：通过对预烧后的粉末与一定的粘结剂等配比，干压成型后在1200-1300℃进行烧结。传统方法具有结构单一、尺寸不易控制、产品成分起伏大、生产效率低、不适于批量生产、不能生产大型薄板等缺点，不能满足压电元器件日益多层化和结构复杂化的要求。与此同时，在多层共烧陶瓷制备过程中，1200-1300℃需要钯银比例为40:60的银钯浆，高钯含量意味着高成本，削弱了产品的竞争力，与此同时，1200℃以上PbO挥发严重，不仅对环境造成污染，还会导致材料的化学组分偏离计量比，从而降低材料的性能。传统配方的压电陶瓷，满足高机电耦合系数和高压电常数的情况下，往往也具有高介电常数，不利于电路的匹配。

发明内容

本发明采用的流延法可制备复杂结构的产品，利于批量生产、工艺简单、性能稳定，并且降低了稀有金属的含量，从而有效降低了产品的成本，同时具有高机电耦合系数、高压电常数以及较低的介电常数能更好满足电路高集成度和低延迟时间的要求。

本发明提供一种压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料含有用化学通式:PbZr_aTi_b(Nb_1/2Sb_1/2)_1-a-bO₃+c%BaW_1/2Cu_1/2O₃表示且满足如下关系的主要组分：0.4≤a≤0.6,0.4≤b≤0.6,0.5≤c≤2。

一种压电陶瓷烧结体，所述压电陶瓷烧结体是通过烧制如上述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_1/2Sb_1/2)_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、Nb2O5、Sb2O3、ZrO2、TiO2；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950-1050℃的环境中煅烧3h以合成得到煅烧产物；添加低温助剂并粉碎：按照c%BaW_1/2Cu_1/2O₃的质量百分比在上述煅烧产物中加入BaCO₃、WO₃、CuO，然后粉碎成粉末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并等静压形成层压产物；烧结：在1050-1150℃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。