[发明专利]纳米压电陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工材料技术领域，尤其涉及一种纳米压电陶瓷材料的制备方法。

背景技术

压电陶瓷能够实现机械能与电能之间的相互转换，利用压电陶瓷制成的机 电设备：如传感器、换能器等已经被广泛应用在了军事、国防、医疗以及人类 生产生活的各个领域。PZT基压电陶瓷自从发现以来由于其优异的电学性能是 应用最广泛一类陶瓷材料。目前，在功率型超声换能器中使用的主要是硬性掺 杂的PZT基陶瓷，这类陶瓷压电应变常数d33偏低仅有230-330pC/N，严重影响 了电能与机械能之间的转换效率，另外该类材料的温度稳定性差，导致换能器 不适合在高温环境下使用并且使用寿命短，无法满足功率超声对器件的要求， 最终影响了功率超声领域的发展。

因此，为了解决压电陶瓷性能低、温度稳定性差、使用寿命短等问题，有 必要开发一种制备纳米压电陶瓷材料的方法，使获得的纳米压电材料具有良好的 高压电性能高温度稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种高压电性能高温度稳定性的纳米压电 陶瓷材料。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：该纳米压电陶瓷材料， 组成重量配比：钛酸钡60-70份，氧化铝10-20份，纳米氧化镁2-7份，三氧化 二锑3-6份，二氧化锆1-10份，聚碳硅烷1-6份，氟化钠1-5份、氟硅酸钠1-6 份、氧化铈1-5份、废玻璃1-5份、碳化硅1-5份。

可选地，钛酸钡62份，氧化铝13份，纳米氧化镁3份，三氧化二锑4份， 二氧化锆5份，聚碳硅烷1份，氟化钠2份、氟硅酸钠3份、氧化铈1份、废玻 璃3份、碳化硅3份。

本发明进一步改进在于，废玻璃的成分按质量百分比计为：三氧化二铝4％， 三氧化二硼1％，氧化钙1％，氧化锌7.5％，氧化钡2％，三氧化二纳0.5％，氧 化钾3％，三氧化二铁0.5％，余量为二氧化硅。

本发明还要解决的技术问题是，提供一种纳米压电陶瓷材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：该纳米压电陶瓷材料的 制备方法，包括以下步骤：

(1)前期准备：按成分配比称重原材料，并除去配料中的颗粒杂质，待用；

(2)混合研磨：将步骤(1)中准备的原材料放入行星式球磨机中进行研磨，使 粉体混合均匀，粒径在100-500nm；

(3)预烧：将步骤(2)中研磨后的粉末放入马弗炉中进行烧制，马弗炉的温度 在1000-1500度，烧制12-24h；

(4)二次细磨：将步骤(3)中的烧制后的粉末再次放入行星式球磨机进行研磨， 以无水乙醇为介质，使粉体的粒径在50-100nm；

(5)造粒：将步骤(4)中经二次研磨后的粉末加入粘合剂，每100g加入3g 粘合剂，进行造粒；

(6)压制成型：在压力为220-300MPa时对坯料进行陶瓷坯成型；

(7)排塑：将步骤(6)的陶瓷坯放入马弗炉中加热排塑，排塑温度为600-700 度，排塑时间为2-4h；

(8)烧结成型：将步骤(7)中经过排塑后的陶瓷坯放入通有氮气的马弗炉中进 行烧结，烧结时间为5-10h，烧结温度为1000-1600度，得到纳米压电陶瓷材料。

本发明进一步改进在于，所述步骤(5)中的粘合剂为质量浓度为5％的聚乙 烯醇水溶液。

本发明进一步改进在于，所述球磨机为行星式球磨机。

本发明进一步改进在于，所述步骤(1)中的组份质量配比为：钛酸钡50-65 份，氧化铝10-20份，纳米氧化镁2-7份，三氧化二锑3-6份，二氧化锆1-10份， 聚碳硅烷1-6份，氟化钠1-5份、氟硅酸钠1-6份、氧化铈1-5份、废玻璃1-5 份、碳化硅1-5份。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明的纳米压电陶瓷材料具 有良好的稳定性和实用性，且具有高压电性能高温度稳定性，可广泛应用于电池、 超声等等领域。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述， 该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。