[发明专利]一种适应高温环境的压电材料及制备方法

说明书

本发明提出一种适应高温环境的压电材料及制备方法，其特征是具有LiGeSiO₅的组合式，高居里温度在500‑600℃，而且有较高的灵敏度。本发明还提出该材料的制备方法，首先将Li、Ge原料在高能球磨中机械合金化，然后与有机溶剂混合预制成浆体，与二氧化硅凝胶共混分散，经过压片、烧结得到高居里温度压电材料LiGeSiO₅，制备方法简单，成本低廉，压电信号稳定，材料继承了SiO₂石英材料的优点，环境稳定性好，居里转变温度高。

技术领域

本发明涉及压电陶瓷聚合物复合材料领域，具体涉及一种适应高温环境的压电材料及制备方法。

背景技术

压电材料是指拉伸或压缩时，内部产生极化现象，使材料相对的两个表面出现等量异号电荷的现象的材料。材料承受外力越大，则表面电荷就越多，这种效应称做压电效应。由于材料要产生压电效应,其原子、离子或分子晶体必须具有不对称中心，因此在较高温度下，其晶体会发生偏移，导致压电材料失灵。随着现代科学技术的发展，原子能、能源、航空航天、冶金、石油化工等许多工业和科研部门迫切需要能够在更高的温度下工作的电子设备。一般来说，块体压电材料的适用范围往往被限制在其居里温度的一半左右，这样才能保证其压电性能的稳定性，使压电器件能够正常工作。众所周知，PZT 基压电陶瓷的居里转变温度一般为300-360℃，不能满足某些应用领域的需要。在高温压电陶瓷领域，已经有一些尝试性的工作。

中国发明专利申请号201510961673.8公开了一种耐高温压电陶瓷及其制备方法。该压电陶瓷的结构通式为：Pb(Zr_1/2Ti_1/2)_x(Ni_1/3Nb_2/3)_y(Sb_1/3Nb_2/3)_z(Mg_1/3Nb_2/3)_1-x-y-zO_3+wmol%A，x的取值范围为0.85-0.97，y的取值范围为0.01-0.10，z的取值范围为0.01-0.05，w的取值范围为0.05-2.0，A为碱金属或碱土金属的改性元素。该发明解决了现有的压电陶瓷使用温度低且电学性能无法满足要求的问题；可以在200℃以上使用，具有高压电常数、高介电常数。

中国发明专利申请号 201010231963.4公开了一种通过加入第二相对压电陶瓷进行增韧的方法，其中，第二相为钛酸钾晶须，且钛酸钾晶须的加入量为压电陶瓷重量的0.1％～5％，钛酸钾晶须的化学式为K₂O·nTiO₂，式中n为1、2、4、6或8。本发明以钛酸钾晶须特别是六钛酸钾为第二相添加物，增韧效果显著，并具有保持或提高压电性、降低介质损耗的优势。此外，钛酸钾晶须的机械性能好，耐高温，在压电陶瓷结构内稳定、成本低、分散加入方便。

中国发明专利申请号201010258362.2公开了一种钛酸铋基高居里温度压电陶瓷及其制备方法。用传统固相烧结法制备(1-x)(0.6Bi4Ti3O12-0.4BaTiO3)-xPbTiO3陶瓷,其中,x=0.02～0.10。该发明以熔盐法制备的Bi₄Ti₃O₁₂、分析纯的BaTiO₃、Pb₃O₄、TiO₂为原料制备的高居里温度压电陶瓷。粉料经混合球磨、烘干、预烧、二次球磨、造粒、成型、排胶,最后在1050～1100℃中烧结2h～4h,制备出所需的陶瓷材料。

上述各项发明表明，目前通过压电陶瓷的掺杂和纳米结构化，可以在一定程度上提高压电陶瓷的耐高温性，但是这并不是长久的解决之道。只有通过重新设计材料结构，使用新的元素，才能从根本上解决问题。众所周知，石英是常用的压电材料，而且石英具有高温稳定的特性。而且价格便宜，制备相对简单。因此，我们可以之为模板在其基础上，开发一种新型适应高温环境的压电材料。