[发明专利]一种压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种压电陶瓷材料及其制备方法，所述压电陶瓷材料的通式为Pb(Insubgt;1//subgt;subgt;2/subgt;Nbsubgt;1/2/subgt;)subgt;x/subgt;(Ybsubgt;1/2/subgt;Nbsubgt;1/2/subgt;)subgt;y/subgt;Tisubgt;1‑x‑y/subgt;Osubgt;3/subgt;，0.126≤x≤0.504，0.1≤y≤0.4。所述制备方法通过调整铌镱酸铅和钛酸铅比例构建调控压电陶瓷准同型相界，从而实现居里温度的提高和压电性能的优化。所述压电陶瓷材料能够平衡居里温度、压电性能、应变迟滞三者之间的关系。

技术领域

本发明属于高温压电陶瓷材料技术领域，具体涉及一种压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着压电材料使用范围的扩大，寻常条件下使用的压电材料已经不满足特定条件的需要，比如对于核工业，汽车制造，航空航天，资源勘探等温度要求较高的领域，研发高温压电材料迫在眉睫。

钨青铜结构或铋层状结构的压电陶瓷具有较高的居里温度，但其压电系数非常低，限制了其应用；钙钛矿结构的压电陶瓷压电系数比较高，但其中大部分材料的居里温度或者退极化温度比较低，例如广泛使用的锆钛酸铅陶瓷由于退极化现象很难在较高的温度领域下使用。除此之外，压电陶瓷的应变迟滞来源于其的电畴移动，过大的应变迟滞会大大影响压电致动器等器件的工作精度。因此，开发新型小迟滞的高居里温度的压电材料成为目前的研究热点。

Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃压电陶瓷的压电系数比较高，成本低廉且合成工艺比较简单，所以，Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃压电陶瓷是一种具有极大研究价值和实际应用价值的陶瓷体系。然而其居里温度仍不够高，这限制了它的使用，因此，探索新的对铌铟酸铅-钛酸铅二元体系的改性方法来提高其居里温度是很有必要的。Pb(Yb_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃居里温度T_c较高，所以加入铌镱酸铅新组元对陶瓷进行改性可以一定程度上提高陶瓷材料的居里温度。但在追求高居里温度的过程中发现，压电性能与应变迟滞大小等性能参数彼此存在取舍，这限制了铅基钙钛矿压电材料的应用领域。因此，寻找新型综合性能优秀的高温压电陶瓷具有重要的研究意义与应用价值。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种压电陶瓷材料及其制备方法，平衡居里温度、压电性能、应变迟滞三者之间的关系。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种压电陶瓷材料，通式为Pb(In_1/2Nb_1/2)_x(Yb_1/2Nb_1/2)_yTi_1-x-yO₃，0.126≤x≤0.504，0.1≤y≤0.4。

进一步的，x＝0.126，y＝0.4。

进一步的，压电陶瓷材料具有准同形相界区域，压电性能为小信号压电系数d₃₃＝151～274pC/N；大信号压电系数d₃₃*＝182～333pm/V；居里温度为T_c＝315～369℃；介电损耗为tanδ＝1.04％～3.79％；平面机电耦合系数k_p＝0.25～0.36；机械品质因数Q_m＝28～47；剩余极化强度P_r＝14.1～20.3μC/cm²；矫顽场强E_c＝12.2～18.9kV/cm；应变S＝0.09％～0.13％；应变迟滞为21％～26％。