【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及壓電陶瓷，具體涉及一種具有高壓電常數(shù)的金屬化合物摻雜pzt基壓電陶瓷材料及其超低溫燒結(jié)制備方法。
技術介紹
1、隨著技術的發(fā)展，各類電子器件小型化、智能化發(fā)展迅速，而壓電陶瓷是能將機械能與電能相互轉(zhuǎn)化的功能性陶瓷材料，其在制動器、轉(zhuǎn)換器、傳感器方面的應用也越來越廣泛。而多層壓電陶瓷是壓電器件小型化制備的主要途徑。由于壓電陶瓷的燒結(jié)溫度普遍在1200℃，對于制備疊層共燒壓電陶瓷有相當大的制約性。因為疊層壓電陶瓷內(nèi)電極為銀電極，而銀的熔點較低，燒結(jié)溫度過高會造成金屬離子向陶瓷層的擴散，從而使得陶瓷材料的絕緣性下降。而為了解決這個問題，需要使用ag-pd漿料來做電極。但是由于加入了pd，使得壓電多層陶瓷元件的生產(chǎn)成本大大提升。為了降低生產(chǎn)成本，只有降低壓電陶瓷的燒結(jié)溫度，從而減小電極金屬離子的遷移，提升多層壓電陶瓷器件的可靠性。而對于多層壓電陶瓷器件來說，壓電常數(shù)越高，制動器位移越大，傳感器信號越靈敏。
2、綜上，開發(fā)低溫燒結(jié)壓電陶瓷材料，使其在低于900℃溫度燒結(jié)后具有高壓電常數(shù)d33≥500pc/n、高機電耦合系數(shù)kp≥0.6，是壓電陶瓷領域的一個難題。
技術實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有壓電陶瓷材料燒結(jié)溫度普遍高達1200℃左右、且不能滿足目前疊層壓電陶瓷與銀漿共燒的要求，本專利技術的目的在于提供了一種具有高壓電常數(shù)的金屬化合物摻雜pzt基壓電陶瓷材料及其超低溫燒結(jié)制備方法，本專利技術通過陶瓷材料配方改進，使得在采用較低的燒結(jié)溫度時，仍然得到具有高壓電常數(shù)的壓電陶
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術所采用的技術方案如下：
3、一種具有高壓電常數(shù)的金屬化合物摻雜pzt基壓電陶瓷材料，該材料的化學通式為pb1-xlax(ni1/3nb2/3)y(mg1/3nb2/3)zzrmtino3+v％mo，其中0.01≤x≤0.03，0.1≤y≤0.2，0.2≤z≤0.3，0.2≤m≤0.3，n＝1-(y+z+m)，mo為摻雜的金屬化合物，v％的范圍為0.4～1.0wt.％，v％表示mo的摻雜量占pzt基壓電陶瓷(pb1-xlax(ni1/3nb2/3)y(mg1/3nb2/3)zzrmtino3)重量的百分比。
4、進一步地，所述金屬化合物mo為zno、li2co3和ceo2，zno的摻雜量為0.1～0.4wt.％，li2co3的摻雜量為0.1～0.4wt.％，ceo2的摻雜量為0.15～0.5wt.％。
5、進一步地，該金屬化合物摻雜pzt基壓電陶瓷材料的壓電常數(shù)d33≥500pc/n，機電耦合系數(shù)kp≥0.6。
6、該具有高壓電常數(shù)的金屬化合物摻雜pzt基壓電陶瓷材料制備時，采用低的燒結(jié)溫度860～920℃；其制備方法具體包括如下步驟：
7、(1)配料：按所述壓電陶瓷材料化學通式計算稱取原料pb3o4、zro2、tio2、ni2o3、nb2o5、mg(oh)2和摻雜的金屬化合物(li2co3、zno、ceo2)；
8、(2)混合：將稱量好的各原料預混勻后進行行星球磨處理，球磨介質(zhì)為鋯球與去離子水，球磨后置于150℃烘箱中經(jīng)12小時干燥，得到干燥的粉料；
9、(3)預燒：將步驟(2)所得干燥的粉料置于氧化鋁坩堝中，并于750～780℃碳棒爐中預燒2～4小時；
10、(4)造漿：將步驟(3)預燒后所得物料用行星球磨機球磨粉碎2～3小時，球磨介質(zhì)為鋯球與去離子水，球磨后得到粘稠狀的漿料；
11、(5)燒結(jié)成型：在步驟(4)所得漿料中添加占漿料重量7～10wt％的粘結(jié)劑并噴霧造粒后，再壓制成型，最后在碳棒爐中升溫至860～920℃保溫3小時；所述粘結(jié)劑為濃度5-15wt.％的聚乙烯醇水溶液。
12、(6)極化：對燒結(jié)后樣品進行極化處理，極化的條件為：極化溫度為100～130℃，極化電壓3.0～4.5kv/mm，極化時間30～50分鐘。
13、進一步地，采用燒結(jié)溫度為860～920℃時，該材料壓電常數(shù)d33≥500pc/n，kp≥0.6；具體地，在860℃燒結(jié)時該材料壓電常數(shù)d33≥500pc/n、kp≥0.6，在880℃燒結(jié)時該材料壓電常數(shù)d33≥550pc/n、kp≥0.6，在900℃燒結(jié)時該材料壓電常數(shù)d33≥600pc/n、kp≥0.6，在920℃燒結(jié)時該材料壓電常數(shù)d33≥650pc/n、kp≥0.6。
14、本專利技術設計機理及有益效果如下：
15、1、目前疊層類壓電陶瓷材料是銀漿與陶瓷一起共燒，由于壓電陶瓷材料燒結(jié)溫度普遍在1200℃，而普通銀漿燒銀溫度最高是850℃，兩者溫度相差太大，導致無法共燒。為了使壓電陶瓷與銀漿能一起共燒，只有降低壓電陶瓷的燒結(jié)溫度或是提高銀漿的燒銀溫度。而提高銀漿的燒銀溫度的方法是使用含鈀銀銀漿，鈀銀含量越高燒銀溫度就越高，而含鈀銀銀漿價格很高，使得生產(chǎn)成本大大提高。本專利技術可以降低壓電陶瓷材料燒結(jié)溫度至860℃～920℃且壓電性能優(yōu)異，燒結(jié)溫度在860℃時可以使用普通銀漿或含少量鈀銀銀漿，從而大大降低了此類產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
16、2、本專利技術通過摻雜改性來提升壓電陶瓷材料的壓電性能的同時降低壓電陶瓷燒的燒結(jié)溫度。
17、3、本專利技術通過設計主化學成份比例再通過摻雜金屬化合物，使壓電陶材料燒結(jié)溫度最低可以降低到860℃，而且在860℃燒結(jié)時材料的壓電性能d33≥500pc/n，kp≥0.6；燒結(jié)溫度在920℃時壓電常數(shù)d33可高達650pc/n。
18、4、本專利技術陶瓷配方中摻雜的金屬化合物mo以ceo2為主摻雜改性，li2co3、zno為輔助，實現(xiàn)了在降低燒結(jié)溫度的同時提升壓電陶瓷材料的壓電性能。
19、5、本專利技術陶瓷配方以pzt基壓電陶瓷pb1-xlax(ni1/3nb2/3)y(mg1/3nb2/3)zzrmtino為基礎按重量比添加ceo2、li2co3、zno金屬化合物，降低燒結(jié)溫度最低至860℃所得陶瓷材料壓電常數(shù)d33≥500pc/n、kp≥0.6，降低燒結(jié)溫度至880℃時所得材料壓電常數(shù)d33≥550pc/n、kp≥0.6，降低燒結(jié)溫度900℃時所得材料壓電常數(shù)d33≥600pc/n、kp≥0.6，降低燒結(jié)溫度至920℃時所得材料壓電常數(shù)d33≥650pc/n、kp≥0.6。
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1.一種具有高壓電常數(shù)的金屬化合物摻雜PZT基壓電陶瓷材料，其特征在于：該材料的化學通式為Pb1-xLax(Ni1/3Nb2/3)y(Mg1/3Nb2/3)zZrmTinO3+v％MO，其中0.01≤x≤0.03，0.1≤y≤0.2，0.2≤z≤0.3，0.2≤m≤0.3，n＝1-(y+z+m)，MO為摻雜的金屬化合物，v％的范圍為0.4～1.0wt.％，v％表示MO的總摻雜量占PZT基壓電陶瓷(Pb1-xLax(Ni1/3Nb2/3)y(Mg1/3Nb2/3)zZrmTinO3)重量的百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高壓電常數(shù)的金屬化合物摻雜PZT基壓電陶瓷材料，其特征在于：所述金屬化合物MO為ZnO、Li2CO3和CeO2，ZnO的摻雜量為0.1～0.4wt.％，Li2CO3的摻雜量為0.1～0.4wt.％，CeO2的摻雜量為0.15～0.5wt.％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高壓電常數(shù)的金屬化合物摻雜PZT基壓電陶瓷材料，其特征在于：該金屬化合物摻雜PZT基壓電陶瓷材料的壓電常數(shù)d33≥500pC/N，機電耦合系數(shù)Kp≥0.6。
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