[发明专利]一种低温制备的高性能锂钙钽镍锌铌镁钨改性PZT压电陶瓷

说明书

本发明公开了一种低温制备的高性能锂钙钽镍锌铌镁钨改性PZT压电陶瓷材料及其制备方法，该压电陶瓷的通式为Pb_1‑x‑yLi_xCa_yTa_u[(Ni,Zn)_1/3Nb_2/3]_v(Mg_1/2W_1/2)_w(Ti,Zr)_{1‑u‑v‑w}O₃表示，0.001≤x≤0.005，0.001≤y≤0.005,0≤u≤0.005,0.01≤v≤0.05,0.01≤w≤0.05。采用固相反应法制备850～950℃低温烧结的PZT改性压电陶瓷粉体，再经过造粒、压片、排胶、烧结、烧银、极化等工艺制备陶瓷材料。结果表明，在850～950℃的烧结温度下制备得到了PZT改性陶瓷材料，其晶粒致密、晶粒均匀、结晶充分，液相烧结特征明显，压电性能大大提高。

技术领域

本发明领域属于压电陶瓷材料领域，具体涉及一种低温制备的高性能锂钙钽镍锌铌镁钨改性PZT压电陶瓷。

背景技术

PZT是传统的压电陶瓷，具有良好的介电、铁电、压电、热释电等效应，其原料价格低廉，适于工厂化生产，对其改性可以得到适用于多种用途的陶瓷材料。多层压电陶瓷有交替陶瓷层和内部金属电极层。随着科学技术的高速发展，多层压电陶瓷得到了越来越广泛的研究，广泛应用于制动器、转换器、传感器。一般将Ag-Pd电极用于多层陶瓷的内电极，其共烧温度范围为920～980℃，而纯Ag的内电极则要求不高于900℃的烧结温度。传统PZT改性压电陶瓷在约1200℃高温下烧结，因此内部电极不能在这么高的温度下使用纯Ag(熔点≈961℃)，而Ag-Pd电极层也会扩散到陶瓷层，导致陶瓷电学性能的恶化，从而影响多层器件的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，本发明的第一个目的是提供一种低温制备的高性能PZT改性压电陶瓷材料配方，该压电陶瓷烧结温度低，并且兼具良好的压电性能；本发明的第二个目的是提供上述低温制备的高性能PZT改性压电陶瓷的制备方法，以降低PZT改性压电陶瓷的烧结温度，同时提高压电性能。

针对本发明的第一个发明目的，本发明提供一种低温制备的高性能PZT改性压电陶瓷，该压电陶瓷的化学通式为Pb_1-x-yLi_xCa_yTa_u[(Ni,Zn)_1/3Nb_2/3]_v(Mg_1/2W_1/2)_w(Ti,Zr)_1-u-v-wO₃表示，0.001≤x≤0.005，0.001≤y≤0.005,0≤u≤0.005,0.01≤v≤0.05,0.01≤w≤0.05。

针对本发明的第二个发明目的，通过在PZT改性压电陶瓷中引入多种元素Ta、Li、Ca、Ni、Zn、W、Mg、Nb进入A或B位，在850～950℃的烧结温度下，制备得到兼具良好压电性能的PZT改性压电陶瓷，具体工艺步骤如下：

(1)PZT改性陶瓷粉体的制备

按照通式Pb_1-x-yLi_xCa_yTa_u[(Ni,Zn)_1/3Nb_2/3]_v(Mg_1/2W_1/2)_w(Ti,Zr)_1-u-v-wO₃表示，0.001≤x≤0.005，0.001≤y≤0.005,0≤u≤0.005,0.01≤v≤0.05,0.01≤w≤0.05，计算称量各原料，将各原料通过球磨破碎并混合均匀后，在750～850℃下保温2～4h，保温结束后冷却至室温并再次球磨破碎，得到PZT改性陶瓷粉体；