[发明专利]一种PCZT95/5铁电陶瓷材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料低温制备技术，尤其是涉及一种PCZT95/5铁电陶瓷材料及其制备方法与应用。

背景技术

爆电起爆装置、爆电外源系统和爆电初始能源都是由爆炸铁电体电源驱动进行工作的，其中换能器件是爆炸铁电体电源的核心部件。爆炸铁电体电源的换能器件是由PZT95/5铁电陶瓷材料所制成的元件组装而成。PZT95/5型相变陶瓷在爆炸冲击波作用下，在几微秒的时间内完全去极化，发生铁电—反铁电相变(FE－AFE)，同时在外接负载上释放出聚集在PZT95/5陶瓷电极表面上的自由电荷，产生强的电流脉冲或电压脉冲而放出能量，可得到MW级峰值功率的脉冲电源(Neilson F W,Bull.Am.Phys.Soc.2(1957)302.。为了增加电流脉冲或电压脉冲的输出，实际应用中必须把多片PZT95/5陶瓷用胶粘接叠片。这种粘接的结构不仅在外力作用下粘结剂易与陶瓷片脱落，且陶瓷片之间的间隙还易造成陶瓷材料在高压下产生介电击穿，极大影响器件的可靠性和稳定性。

将PZT95/5陶瓷制成厚膜，通过叠层并和内电极共烧的低温共烧陶瓷技术不仅可以提高可靠性和耐电击穿性能，还可以提高组装密度、缩小体积、减轻重量，进而缩短组装周期。在陶瓷和金属内电极共烧过程中，过高的烧结温度会造成金属离子向陶瓷内部扩散，使得陶瓷的绝缘电阻率降低，恶化PZT95/5陶瓷的电学性能。另外，过高的烧结温度，会在烧结后冷却过程中，金属内电极层收缩率远大于陶瓷层，从而在金属和陶瓷界面处产生很大的内应力。为了实现PZT95/5陶瓷和金属内电极共烧，就非常有必要降低PZT95/5陶瓷的烧结温度。目前PZT95/5陶瓷的低温烧结主要通过添加玻璃相在烧结过程中产生液相来降低烧结温度，但是过多玻璃相的添加极大降低了PZT95/5陶瓷的电学性能。

综上所述，研制烧结温度低且电学特性好的PZT95/5铁电陶瓷粉体不仅对于共烧PZT95/5陶瓷的制备至关重要，甚至对于发展高可靠性、小型化爆炸铁电体电源都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有PZT95/5铁电陶瓷烧结温度过高及性能偏低等问题，而在此基础上提出的掺杂氧化镉(CdO)结合混料和烧结工艺的改进优点制备烧结温度为1100℃的PZT95/5铁电陶瓷。本发明提供了PCZT95/5铁电陶瓷材料及其制备方法与应用，本发明提供的PCZT95/5铁电陶瓷材料主要用于爆炸铁电体电源和高功率脉冲电源的压电元件。本发明方法配方可调，制备工艺简单，而在此基础上提出的掺杂氧化镉(CdO)结合混料和烧结工艺的改进制备烧结温度为低于1150℃的PZT95/5铁电陶瓷。同时本发明提供的PCZT95/5铁电陶瓷材料的制备工艺简单、配方可调，可适用于规模生产。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种PCZT95/5铁电陶瓷材料，其组成用以下通式表示：(Pb_1-XCd_X)(Zr_0.965Ti_0.035)O₃+a wt％Nb₂O₅，其中，0.005≤x≤0.03，0.8≤a≤1.2。PCZT95/5铁电陶瓷材料其成分是以掺杂铌改性的锆钛酸铅陶瓷为基体掺入CdO。

本发明提供的PCZT95/5铁电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

工序A：将金属氧化物Pb₃O₄、ZrO₂、TiO₂、Nb₂O₅、CdO按照通式(Pb_1-XCd_X)(Zr_0.965Ti_0.035)O₃+a wt％Nb₂O₅中的计量比配比，并湿法球磨至所需粒度，其中，0.005≤x≤0.03，0.8≤a≤1.2；

工序B：将经工序A处理后的原料烘干后压块，合成得到铌掺杂改性并含有CdO的PCZT95/5铁电陶瓷材料；

工序C：将铌掺杂改性并含有CdO的PCZT95/5铁电陶瓷材料块体研磨粉碎成粉体，细磨后压制成型获得素坯；

工序D：将素坯排除有机物；