[发明专利]改性PZT压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电陶瓷，特别是改性PZT压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

目前，压电陶瓷材料的压电效应和逆压电效应是实现机械能与电能相互转换的功能材料，可以实现能量转换、传感、驱动、效率控制等功能，广泛应用于机械、电子、通讯、国防等高科技领域，现阶段在家电、数码，汽车、医学等领域的应用也是在比较快的速度下增长，特别是在消费类电子的应用更是今后的一个发展方向。消费类电子与压电陶瓷有关联的至少有自动化设备、可穿戴设备、家庭智能设备等，其中自动化设备使用最多的是压电陶瓷传感器，可穿戴设备包括智能手表、智能眼镜、智能腰带和智能头盔，家庭智能设备如远程医疗电视指导、家庭内部多屏互动、以及通过智能移动设备实现的物联网功能，这些消费电子离不开压电陶瓷。

上世纪五十年代初期，科学家发现了PZT（锆钛酸铅）压电陶瓷，使得压电陶瓷的应用取得了重大进展，PZT压电陶瓷优良的性能使得它应用越来越广泛。随后在二元系PZT压电陶瓷的基础上，发明了三元系、四元系PZT压电陶瓷，并且性能更加优良，再通过对这些二元系、三元系、四元系PZT压电陶瓷进行掺杂，使得压电陶瓷的性能更进一步提高了。

目前应用在制动器上的压电陶瓷一般要求介电常数ε高（大于4000），机电耦合系数KP值高（大于75％），压电常数d33高（700pC/N)，居里点Tc高（大于200℃）。但是往往介电常数ε大的压电陶瓷，一般重复性不好，其每批次的波动也很大。另外压电陶瓷的制备方法一般是配料、混和、预烧、二次粉碎、烧结成型以及极化。但是由于压电陶瓷片是比较脆的东西，烧结后，在剥开时会破碎，大约平均有30%的压电陶瓷片会破碎，变成废品，造成极大的浪费。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种高介电性，高压电性能，重复性好的改性PZT压电陶瓷材料，及能够使得成本降低的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所设计的改性PZT压电陶瓷材料，其化学通式为：Pb_1-a-bBa _aSr_bZr_1-xTi_xO₃+Ywt%Sb₂O₃+Zwt %Pb₃O₄ ，其中0.04≤a≤0.16；0.04≤b≤0.12；0.44≤x≤0.46；0.60≤Y≤1.2；0.15≤Z≤0.40。

上述改性PZT压电陶瓷材料的制备方法，其包括以下步骤：

①配料，按照化学通式Pb_1-a-bBa _aSr_bZr_1-xTi_xO₃+Ywt%Sb₂O₃+Zwt%Pb₃O₄ ，其中0.04≤a≤0.16；0.04≤b≤0.12；0.44≤x≤0.46；0.60≤Y≤1.2；0.15≤Z≤0.40，称量原料Pb₃O₄ 、ZrO₂ 、TiO₂、BaCO₃、SrCO₃、Sb₂O₃组分所需物质组成混合物；

②粗磨，将称量好的混合物装入振磨机中，按混合料：钢球=1：2，在其中加混合料的0.001~0.002倍重量比的无水乙醇，振磨时间5小时；

③预烧，取出混合物在压机中压成φ75×50mm块状，装入氧化铝坩埚中，在1020℃~1080℃下预烧4小時得到硬块；

④细磨，在破碎机中破碎成粒径小于0.2mm的粉体，再在振动球磨机中振磨，按粉体：钢球=1：1，加粉体的0.001~0.002倍重量比的无水乙醇，振磨时间10小时，制得压电陶瓷粉体；

⑤流延，将压电陶瓷粉体和粘合剂加入到搅拌球磨机中，搅拌球磨10小时，制得流延浆料，在流延机中流延成厚度为0.03mm~0.15mm的压电陶瓷膜片；

⑥排胶，将压电陶瓷膜片叠成厚为12mm~20mm，在井式炉中排胶，最高温度780℃~820℃，排胶时间50小时；

⑦烧成，排胶好的压电陶瓷片盖上氧化铝坩埚，送进隧道窑中烧成，最高温度1150℃~1250℃，烧成时间20小时；