[发明专利]一种基于铌锌、铌镍锆钛酸铅的压电陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于压电陶瓷技术领域，尤其涉及一种基于铌锌、铌镍锆钛酸铅的压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷材料是一种功能陶瓷材料，能够把机械能与电能相互转换的功能，这种性能称为压电性能。压电陶瓷除具有压电性能外，还具有介电性能以及力学性能。由于压电陶瓷材料具有这些优异的综合性能，再加上其制备工艺简单、稳定、可靠，使其广泛应用于社会生活的各个方面，比如在电子材料领域。Pb(Ni_1/3Nb_2/3)系压电陶瓷材料自从被Smolenskii和Agranovskaya发现后，已经得到很多研究人员的关注和研究。Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃属于复合钙钛矿结构，符合ABO₃型钙钛矿结构，具有典型的弛豫型铁电体的特征。PNN基的体系具有相对较低的烧结温度以及较高的介电常数。PZN基的压电陶瓷材料具有较高的电学性能。在此基础上，人们对于铌锌、铌镍系的压电陶瓷材料作了大量的研究。蔡晓峰等人研究发现铌锌、铌镍锆钛酸铅PZN-PNN-PZT压电陶瓷材料的具有较好的电学性能，通过掺杂Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺等元素对部分Pb的置换或者Li₂CO₃、Sb₂O₃等进入PZN-PNN-PZT压电陶瓷材料内部获得较优性能：相对介电常数ε_r～7000，压电应变常数d₃₃＝800pC/N，机电耦合系数k_p＝0.65。

综上所述，现有技术制备得到的高介电及压电常数的压电陶瓷材料；但因为PZN-PNN-PZT配方成分较为复杂，并且烧结温度区间较窄，导致所生产的压电陶瓷片电学性能的稳定性较低，不利于工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于铌锌、铌镍锆钛酸铅的压电陶瓷及其制备方法，旨在解决现有技术制备得到的高介电及压电常数陶瓷材料，同时其介电损耗较高，此外其制备工艺复杂、不稳定及成本高，不利于工业化生产的问题。

本发明是这样实现的，一种基于铌锌、铌镍锆钛酸铅的压电陶瓷，所述基于铌锌、铌镍锆钛酸铅的压电陶瓷按照摩尔百分比为Pb(Zn_1/3Nb_2/3)_x(Ni_1/3Nb_2/3)_y(Zr_0.3Ti_0.7)_1-x-yO₃+aMe，其中Me为四价元素，0<x<0.1、0.2<y<0.6。

进一步，所述Me为Ce或Mn；

所述Me为Mn。

进一步，0<x<0.04，0.4<y<0.5。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于铌锌、铌镍锆钛酸铅的压电陶瓷的制备方法，所述基于铌锌、铌镍锆钛酸铅的压电陶瓷的制备方法包括以下步骤：

步骤一，将原料按所述摩尔比混合，以酒精和锆球为球磨介质球磨，得粉料，将粉料放入烘箱中烘干，过40目筛子；

步骤二，将过筛后得到的粉料放入刚玉坩埚内，压实，加盖，在箱式电阻炉中预烧1-3h，然后随炉冷却；

步骤三，将预烧好的粉料二次球磨、烘干、过筛，加入5wt％-7wt％的石蜡进行造粒，之后将其过筛，然后压制成直径12mm，厚度为1.2mm的陶瓷圆片；

步骤四，将圆形陶瓷片放入坩埚中，密封，放入箱式电阻炉中进行烧结，然后随炉自然冷却至室温；

步骤五，将烧结好的陶瓷片进行清洁，在其上下表面印刷银浆，置于炉中，升温至800℃并保温30min，自然冷却至室温，然后将烧好的样品放置于硅油中加热到50-70℃，施加2kV/mm的直流电场，极化30min。

进一步，将原料按所述摩尔比混合，以酒精和锆球为球磨介质球磨16h，球磨转速为300r/min，得粉料，将粉料放入70℃的烘箱中烘干，过40目筛子；

将过筛后得到的粉料放入刚玉坩埚内，压实，加盖，在箱式电阻炉中在850℃-1000℃预烧2h，然后随炉冷却。