專利名稱：一種摻雜增韌鋯鈦酸鉛壓電點(diǎn)火陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋯鈦酸鉛壓電點(diǎn)火材料的改進(jìn)，特別是一種摻雜增韌鋯鈦酸鉛 壓電點(diǎn)火陶瓷材料及其制備方法，屬于壓電陶瓷點(diǎn)火材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
壓電點(diǎn)火陶瓷材料在打火機(jī)、點(diǎn)火器、自動煤氣灶等民用消費(fèi)類產(chǎn)品上的應(yīng) 用極為普遍。在工業(yè)生產(chǎn)以及軍事等方面，如各類炸藥炸彈和火箭的引燃引爆 等，它也得到了廣泛的應(yīng)用。最早進(jìn)行壓電點(diǎn)火材料研究開發(fā)的國家是日本，產(chǎn)量占世界的2/3。住友電 氣工業(yè)株式會社的長田光生對PZT在準(zhǔn)同型相界附近用少量Si^+進(jìn)行A位置換， 加入微量111203"硬性"改性物，大大的提高了壓電點(diǎn)火材料的性能。另外在此基 礎(chǔ)上，為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，又摻入其他改性劑(日本專利，特公昭43-10713, 特公昭44-18029)。該材料自研究成功后，日本本國和美、歐等發(fā)達(dá)國家在70 年代已開始大量生產(chǎn)使用壓電點(diǎn)火器，應(yīng)用于袖珍打火機(jī)、燃?xì)庠罹叩鹊拿裼?商品的開發(fā)。隨后日本松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社的西田正光和大內(nèi)宏開發(fā)了 PbZr03-Pb(Lio.25Nb。.75)03三元系壓電點(diǎn)火材料。D.Audigier等人在對PZT進(jìn)行鉛位 低價離子置換的基礎(chǔ)上，研究了擠壓式點(diǎn)火用壓電陶瓷的典型特性(The Ninth IEEE international Symposium, USA,1994. Applications of Ferroelectrics， 1994:383 386)，同時P.Gonnard在其電子應(yīng)用上也進(jìn)行了相應(yīng)的研究(The Eighth IEEE international Symposium, USA,1992. Applications of Ferroelectrics, 1992:581 584)，。隨著人們生產(chǎn)、生活質(zhì)量和需求的提高及工業(yè)的飛速發(fā)展， 這些現(xiàn)有的壓電點(diǎn)火材料的機(jī)械強(qiáng)度、點(diǎn)燃率、放電能量和使用壽命方面需要 進(jìn)一步提高。國內(nèi)對壓電點(diǎn)火材料的研究較日本晚，80年代初開始研制生產(chǎn)壓電點(diǎn)火器。 中山大學(xué)物理學(xué)系以朱秀娟等人基于對鉛基三元系壓電陶瓷綜合性能較好且易 于調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，研究了固溶Pb(SbkNbx)03-PbZrO-PbTi03壓電陶瓷系列的成分對 壓電和介電性的影響，并對其進(jìn)行了摻雜改性試驗(yàn)(電子元件與材料，1989， 8(5):30 33)。在卯年代后半期，湖北大學(xué)周桃生教授從壓電點(diǎn)火材料參數(shù)的關(guān)聯(lián)性與綜合性選擇著手，對PZT壓電陶瓷中摻雜Sb203,得到高《3《33值壓電材料(湖北大學(xué)學(xué)報，1996， 18(3》275 277)，但需要進(jìn)一步增韌。目前，雖然許多廠家 已能批量生產(chǎn),但質(zhì)量與國外優(yōu)秀產(chǎn)品相比仍存在一定差距，尤其在使用壽命及 點(diǎn)燃率兩方面較為突出，具有市場競爭力的高檔的壓電點(diǎn)火元件基本上依賴進(jìn) □。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種用氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯增韌三元系鍶銻鋯鈦酸 鉛壓電陶瓷PZT壓電點(diǎn)火料及其制備方法，得到高壓電性能，同時在其機(jī)械強(qiáng) 度、點(diǎn)燃率、放電能量和使用壽命方面也適應(yīng)社會發(fā)展要求的壓電點(diǎn)火陶瓷材 料。本發(fā)明用氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯Y-PSZ(Yttria Partially- stabilized- zirconia) 摻雜增韌三元系鍶銻鋯鈦酸鉛PZT壓電陶瓷點(diǎn)火材料，其化學(xué)式為 Pb0.95Sr0.05(Zr0.54Ti046)O3 +xwt%Sb203 +;/wt% Y-PSZ 其中x值為0.1 1，最佳值是0.2， y值為0.1^0.6，最佳值為0.4 本發(fā)明的制備方法如下1. 按通式Pbo.95Sro.o5(Zro.54Tio.46)03 +:^^/。815203的化學(xué)計量比稱量原料放于 球磨罐內(nèi)，其中x-0.1 l;2. 加入原料總量50~70%的蒸餾水后，先將球磨罐放在行星球磨機(jī)上以IOO 轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速先磨20min，再以200轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速磨2小時，使配料充分混合并磨 細(xì)；3. 將配料放進(jìn)烘箱，IO(TC烘干，將烘干后的配料放于坩堝內(nèi)845 'C左右 預(yù)燒；4. 在預(yù)燒合成后，由合成的重量按比例再加入jwt。/。 Y-PSZ，其中>^).1~0.6;5. 將上述混合粉料加入球磨罐中，加入原料總量50~70%的蒸餾水后進(jìn)行第 二次濕式球磨，以200轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速磨4小時磨細(xì)；6. 把磨細(xì)后的物料置于選定的模具中，壓制成所需要的陶瓷坯片；7. 將坯片按200'C/小時升溫到1230il(TC保溫45分鐘，降溫過程是隨爐自 然降溫至室溫；8. 將燒結(jié)后的陶瓷片上銀電極，在15(TC士5的硅油中，按樣品每毫米厚度 加2 4千伏電壓的的直流電場極化10 15min 。本發(fā)明的材料性能同國內(nèi)外一些壓電點(diǎn)火材料相比，優(yōu)點(diǎn)是比較明顯的，從下表中可以看出型號"33 (pC/N)&3 "o敘 (xlO-3Vm/N)"33'g33 (pC.Vm/N )丹麥PZ25340180021.07.14英國PC4A25090031.07.75美國PZT4285130024.97.10荷蘭PXE722082035.77.85PXE41268120025.26.75曰本NTK45015003013.5溫州藍(lán)光3001300309.00LGD2T4.5A2中山大學(xué)52023002613.52廣東佛陶48019002612.48MSN9203本發(fā)明44114333415x=0.2、 y=0.4從表中可以看出本發(fā)明研制的壓電點(diǎn)火材料具有高的《3《33值，而且材料力 學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，該增韌陶瓷材料的強(qiáng)度、斷裂韌性和硬度依次增加了12%、 11%和14%，這意味著該Y-PSZ/PZT復(fù)合韌化陶瓷既具有高的壓電點(diǎn)火性能，其 強(qiáng)度和斷裂韌性等力學(xué)性能又在一定程度上得到了改善。因此，在制備點(diǎn)燃率 高，壽命較長，實(shí)用性強(qiáng)的壓電點(diǎn)火元器件等方面，將具有很大的應(yīng)用及開發(fā) 前景。
具體實(shí)施方式
從市面采購工業(yè)純的Pb304、 Zr02、 Ti02、 SrC03、 Sb203、；氧化釔部分穩(wěn)定 Zr02 (簡稱Y-PSZ)亞微米粉 實(shí)施例11.按通式Pbo.95Sr。.。5(Zro.54Tio.46)03 +;*^%81>203的化學(xué)計量比稱量原料放于 球磨罐內(nèi)，其中x^0.1;2. 加入原料總量50~70%的蒸餾水后，先將球磨罐放在行星球磨機(jī)上以100 轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速先磨20min，再以200轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速磨2小時，使配料充分混合并磨 細(xì)；3. 將配料放進(jìn)烘箱，IO(TC烘干，將烘干后的配料放于坩堝內(nèi)845'C左右 預(yù)燒；4. 在預(yù)燒合成后，由合成的重量按比例再加入^ywty。Y-PSZ，其中"0.6;5. 將上述混合粉料加入球磨罐中，加入原料總量50~70%的蒸餾水后進(jìn)行第 二次濕式球磨，以200轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速磨4小時磨細(xì)；6. 把磨細(xì)后的物料置于選定的模具中，壓制成所需要的陶瓷坯片；7. 將坯片按200'C/小時升溫到1230i10'C保溫45分鐘，降溫過程是隨爐自然降溫至室溫;8. 將燒結(jié)后的陶瓷片上銀電極，在150。C ±的硅油中，按樣品每毫米厚度 加2 4千伏電壓的直流電場極化10 15min。實(shí)施例2按通式Pb。.95Sr。.。5(Zro.54Ti().46)03 +;nvt%Sb203的化學(xué)計量比稱量原料放于球 磨罐內(nèi)，其中x-l，在第4步中加入，0/。 Y-PSZ，其中"O.l，其余步驟與實(shí) 施例l相同。實(shí)施例3按通式Pbo.95Sr。.o5(Zr。.54Ti().46)03 +xwt%Sb203的化學(xué)計量比稱量原料放于球 磨罐內(nèi)，其中xi.2;在第4步中加入>wt%Y-PSZ，其中"0.4，其余步驟與實(shí) 施例1相同。
權(quán)利要求
1.一種摻雜增韌鋯鈦酸鉛壓電點(diǎn)火陶瓷材料，其特征在于配方及化學(xué)式為Pb0.95Sr0.05(Zr0.54Ti0.46)O3+xwt％Sb2O3+ywt％Y-PSZ其中x值為0.1～1，最佳值是0.2，y值為0.1～0.6，最佳值為0.4。
2、 一種摻雜增韌鋯鈦酸鉛壓電點(diǎn)火陶瓷材料的制備方法，其特征在于制備 方法如下 1) .按通式Pbo.95Sro.o5(Zro.54Tio.46)03+XWt。/。Sb203的化學(xué)計量比稱量原料放于球磨罐內(nèi)，其中x-0.1 l; 2) .加入原料總量50~70%的蒸餾水后，先將球磨罐放在行星球磨機(jī)上以IOO 轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速先磨20min，再以200轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速磨2小時，使配料充分混合并磨 細(xì)； 3) .將配料放進(jìn)烘箱，IO(TC烘干，將烘干后的配料放于坩堝內(nèi)845 'C左 右預(yù)燒； 4) .在預(yù)燒合成后，由合成的量按比例再加入-% Y-PSZ，其中y^.l 0.6; 5) ，將上述混合粉料加入球磨罐中，加入原料總量50~70%的蒸餾水后進(jìn)行 第二次濕式球磨，以200轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速磨4小時磨細(xì)； 6) .把磨細(xì)后的物料置于選定的模具中，壓制成所需要的陶瓷坯片； 7) .將坯片按200 °(}/小時升溫到1230±10'C保溫45分鐘，降溫過程是隨爐 自然降溫至室溫； 8) .將燒結(jié)后的陶瓷片上銀電極，在150。C 土的硅油中，按樣品每毫米厚 度加2 4千伏電壓的直流電場極化10 15min。
全文摘要
本發(fā)明通過對Pb<sub>0.95</sub>Sr<sub>0.05</sub>(Zr<sub>0.54</sub>Ti<sub>0.46</sub>)O<sub>3</sub>摻雜Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>進(jìn)行改性，再添加氧化釔部分穩(wěn)定ZrO<sub>2</sub>(簡稱Y-PSZ)亞微米粉體于改性陶瓷基體中，配方為Pb<sub>0.95</sub>Sr<sub>0.05</sub>(Zr<sub>0.54</sub>Ti<sub>0.46</sub>)O<sub>3</sub>+xwt％Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+ywt％Y-PSZ，其中，0.1≤x≤1.0，0.1≤y≤0.6，燒結(jié)溫度為1230±10℃，獲得了具有高d<sub>33</sub>·g<sub>33</sub>值的壓電點(diǎn)火材料，特別是其強(qiáng)度和斷裂韌性等力學(xué)性能得到了改善。制備工藝穩(wěn)定，可采用傳統(tǒng)工業(yè)用原材料和壓電陶瓷制備技術(shù)制備，適用于規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號C04B35/622GK101265089SQ20081004731
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者余海雁, 周桃生, 尚勛忠, 柴荔英 申請人:湖北大學(xué)