一种PZT基压电陶瓷及其制备方法发明专利VIP专享VIP免费

一种PZT基压电陶瓷及其制备方法技术领域本发明属于压电陶瓷制备技术领域，尤其涉及一种PZT基压电陶瓷及其制备方法。背景技术压电陶瓷因其具有压电效应而得名。当受到机械应力的作用或感应到振动信号时，在压电陶瓷两电极面间将会有电压信号输出，此为正压电效应；反之，给压电陶瓷施加电信号时，它也可以将电信号转换成振动信号，此为逆压电效应。利用这两种特性(正逆压电效应)可以设计出许多具有特殊功能的元器件。其中，Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)压电陶瓷是由PbZrO3和PbTiO3形成的连续固溶体(0≤x≤1)，具有钙钛矿结构，也是目前研究最多、应用最广的压电陶瓷。自20世纪50年代被发现以来，因其机电耦合系数高、温度稳定性好、居里温度较高，并具有良好的介电和压电性能，一直占据着压电陶瓷领域的主导地位。它作为机、电、声、光、热敏感材料，在传感器、换能器、无损检测和通讯技术等领域己获得广泛应用，是一种发展前景十分良好的功能陶瓷材料。传统制备压电陶瓷的方法是固相烧结法，其具有操作工艺简单、无需特殊设备等优点，是工业制备压电陶瓷的主要方法。因此，一般情况下，PZT压电陶瓷的烧结温度在1200℃以上，烧结时间超过2h。因在高温及长时间的烧结条件下，其组份中的PbO容易挥发(挥发温度约为800～900℃)，导致压电陶瓷的化学计量比发生偏差，影响材料的压电性能并会对人体造成损害、对环境造成污染；另外，烧结温度高，能耗大，不符合节约成本降低能耗的原则。为减少高温下PbO的挥发及损失，一般在配料时加入过量的PbO，或者将烧结坯置入密闭坩埚中，并埋入PbO原料粉中，保证在铅的气氛中进行烧结。然而，这种方法难以精确控制PZT压电陶瓷中Pb的含量，导致性能降低，同时不能将PbO的挥发从根本上消除。因此，国内外研究人员均积极开展降低压电陶瓷烧结温度的研究，这样既能有效地减少烧结过程中PbO的挥发而减轻对人体和环境污染、稳定压电材料的性能，又能大大降低能耗，节约资源。目前，主要从配方和工艺两个方面来实现压电陶瓷材料的低温烧结。配方方面，通过添加玻璃粉或低熔点氧化物作为烧结助剂在烧结过程中形成液相，易于原子间扩散，促进陶瓷在低温下烧结致密化，从而使材料的烧结温度下降。电子科技大学的李元勋用淬火法制备玻璃助烧剂LBBS，将PZT基压电陶瓷片的烧结温度从1000℃以上降低至850℃，提高了陶瓷烧结的致密化，相对密度达到95％(CN107573067A)。天津大学的孙清池采用传统的氧化物混合方法，加入CuO常压低温烧结，制备出具有较好综合性能的0.3PNN-0.7PZT三元压电陶瓷材料(CN102659404A)。但是，这种方法往往会产生杂质相，陶瓷晶界容易聚集非铁电第二相，导致材料性能急剧恶化，不利于高性能水平的应用领域。工艺方面，主要通过改进粉体制备工艺和烧结工艺来达到降温的效果。对于改进粉体制备工艺而言，传统方法制备压电陶瓷的粉末用氧化物为原料经过固相反应而得到的，该方法需要很高的煅烧温度，这就非常容易引起陶瓷粉末的颗粒粗化和团聚，这些因素均会导致压电陶瓷形成较差的微观结构和性质。可先将陶瓷粉末进行超细化处理成超细粉体，就能较好的解决上述问题。中国科学院上海硅酸盐研究所的何夕云以异丙醇锆、丙醇钛、三水合醋酸铅及乙二醇甲醚为原料，Zr∶Ti∶Pb＝X∶1-X∶1.05(克分子比，0.30≤X≤0.60)，将溶液中锆、钛、铅三种组分沉淀出，经过滤、清洗、烘干、过筛、煅烧，制备出粒度均匀、分散性好、大小为120-180nm的超细粉体。化学组分与溶液组分基本一致(偏差＜1.0％)，用该粉体制备的PZT厚膜烧结温度低、电性能好(CN1092164C)。但该方法沉—1—淀剂易混入杂质且工艺复杂，成本较高。对于烧结工艺而言，研究发现，快速热压烧结法得到的样品具有致密度高，钙钛矿相含量高的特点，性能明显优于传统烧结法得到的样品。中国科学院上海硅酸盐研究所的姚春华以传统固相法制备粉末、等静压成型工艺以及在氧气气氛下热压烧结制备得到PFN-PZT陶瓷材料，其具有较高的热释电系数，适中的介电常数和较低的介电损耗，陶瓷致密度已达到理论密度99％以上，能应用电压模式的红外探测领域(CN103739286A)。该方法由于用到的热压炉和热压时所用模具造价十分...