壓電陶瓷材料、壓電陶瓷器件及其制備方法、抗老化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種壓電陶瓷材料、壓電陶瓷器件及其制備方法、抗老化方法，所述壓電陶瓷材料含有用化學通式:Pb(Nb2/3Zn1/3)x(Mn1/3Sb2/3)yZrzTi1-x-y-zO3表示且滿足如下關系的主要組分：0.05≤x≤0.2,0.01≤y≤0.1,0.2≤z≤0.5。相較于相關技術，本發(fā)明提供的壓電陶瓷同時具有優(yōu)異的壓電性能和溫度穩(wěn)定性，滿足了產(chǎn)品的使用要求，并且本發(fā)明提供的壓電陶瓷的抗老化方法不但可以進一步提升了壓電陶瓷的穩(wěn)定性能，而且方法簡單可靠、抗老化周期短，便于抗老化壓電陶瓷的批量生產(chǎn)。
【專利說明】壓電陶瓷材料、壓電陶瓷器件及其制備方法、抗老化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓電性能和穩(wěn)定性能的壓電陶瓷材料、壓電陶瓷器件及其制備方法、以及改善所述壓電陶瓷器件穩(wěn)定性的抗老化方法?！颈尘凹夹g】
[0002]自1954年人們發(fā)現(xiàn)了 PZT鋯鈦酸鉛壓電陶瓷后，美國、日本、荷蘭等許多國家對壓電陶瓷系統(tǒng)進行了詳盡的研究，并且隨著研制的深入派生出了一系列性能優(yōu)越的PZT壓電陶瓷材料，壓電陶瓷材料的應用范圍也大大拓展。其中以鋯鈦酸鉛為基礎，用多種元素改進的三元系、四元系壓電陶瓷也都應運而生。
[0003]為了得到為得到高性能的壓電陶瓷，目前多采用對Pb(Zr，Ti)O3改性的A位(Pb)或B位(Zr，Ti)進行部分置換，并改變鋯鈦比以達到調整性能的目的。制備方法多采用普通固相燒結法，即通過對預燒后的粉末與一定的粘結劑等配比，干壓成型后來進行燒結?，F(xiàn)代壓電元器件除了要求陶瓷具備較高壓電性能外，對穩(wěn)定性的要求也越來越高。為提高穩(wěn)定性，傳統(tǒng)方法主要通過配方的調整來實現(xiàn):①調整鋯鈦比，在相界附近存在穩(wěn)定性較好的M點，隨四方相向菱面體過渡時存在一個穩(wěn)定性急劇變壞的組成范圍，而M點就在它的附近偏向四方相一側；②摻雜改性添加物，如Co02、Cr203、Ce02、Mn02等，使晶胞結構發(fā)生畸變，更利于疇壁的重新定向，使疇壁易移動，疇內(nèi)應力易釋放；③離子置換，如以Ni2+、Mn2+、Mg2+來置換Pb2+，產(chǎn)生氧空位，使得晶胞尺寸縮小，電疇運動比較困難，穩(wěn)定性較好。
[0004]現(xiàn)有方法通過配方調整來改善穩(wěn)定性，難度大，周期長，且效果并不能總能令人滿意，不能滿足電子行業(yè)快速更迭的發(fā)展需要。在鋯鈦比調整時，M點的組成稍有變動就可能引起性能很大變化，因此要求嚴格考控制工藝條件才能得到好的結果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供的壓電陶瓷同時具有優(yōu)異的壓電性能和溫度穩(wěn)定性，滿足了產(chǎn)品的使用要求，并且本發(fā)明提供的壓電陶瓷的抗老化方法不但可以進一步提升了壓電陶瓷的穩(wěn)定性能，而且方法簡單可靠、抗老化周期短，便于抗老化壓電陶瓷的批量生產(chǎn)，同時解決了現(xiàn)有方法通過配方調整來改善穩(wěn)定性，難度大，周期長，且效果并不能總能令人滿意，不能滿足電子行業(yè)快速更迭的發(fā)展需要，同時，在鋯鈦比調整時，M點的組成稍有變動就可能引起性能很大變化，因此要求嚴格考控制工藝條件才能得到好的結果的技術問題。
[0006]本發(fā)明提供一種壓電陶瓷材料，其特征在于，所述壓電陶瓷材料含有用化學通式:Pb (Ntv3Znv3)x(Mrv3Stv3)yZrzTimzO3表示且滿足如下關系的主要組分:0.05≤x≤0.2，0.01 ≤y ≤0.1，0.2 ≤Z ≤0.5。
[0007]一種壓電陶瓷器件，該壓電陶瓷器件是通過燒結和極化如上所述的壓電陶瓷材料而得到壓電陶瓷器件。
[0008]一種壓電陶瓷器件的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:配料:按Pb (Nb273Znl73) x (Mnl73Sb273) yZrzTilTy_z03化學式配比提供壓電陶瓷材料的各組分并將所述組分制成粉末，上述各組分滿足如下關系:0.05 ^ X ^ 0.2, 0.01 ^ y ^ 0.1, 0.2 ^ z ^ 0.5,所述組分包括Pb304、Nb2O5, ZnO、MnCO3> Sb2O3> ZrO2, TiO2 ;混料:將上述配置好的粉末加1:I質量的蒸餾水混合8小時后烘干；煅燒:將上述烘干后的產(chǎn)物在800-900°C的環(huán)境中煅燒3h以合成得到煅燒產(chǎn)物；粉碎:將上述煅燒產(chǎn)物粉碎成粉末并烘干以形成混合物；制漿:向上述混合物中加入粘結劑、增塑劑、分散劑、溶劑并混合以形成陶瓷漿料；成型:將所述陶瓷漿料除泡后流延形成陶瓷薄膜；疊置:將上述陶瓷薄膜層疊設置并等靜壓形成層壓產(chǎn)物；燒結:在1100-1200°C的環(huán)境中保溫3h燒制所述層壓產(chǎn)物形成壓電陶瓷燒結體；極化:將壓電陶瓷燒結體被電極并在4000-6000V/mm下的120°C硅油中極化20min形成壓電陶瓷器件。
[0009]優(yōu)選的，在配料步驟中，所述組分通過原料選擇或球磨混合的方式制成粉末。[0010]優(yōu)選的，在配料步驟中，所述粉末的顆粒度中位數(shù)控制在2μπι以下。
[0011]優(yōu)選的，所述混料步驟中，配置好的粉末與蒸餾水在球磨機內(nèi)進行混合。
[0012]優(yōu)選的，在粉碎步驟中，采用微珠球磨粉粹所述煅燒產(chǎn)物。
[0013]優(yōu)選的，在粉碎步驟中，粉粹后的混合物的粒度分布在中位數(shù)I μ m以下。
[0014]一種如上所述的壓電陶瓷器件的防老化方法，該方法包括如下步驟:一次放置:將所述壓電陶瓷器件在室溫下放置至少24h ；
[0015]老化:將放置后的壓電陶瓷器件置于烘箱中保溫0.5-5h ;二次放置:將老化后的壓電陶瓷器件在室溫下放置至少24h。
[0016]優(yōu)選的，在老化步驟中，所述保溫溫度為該壓電陶瓷器件的陶瓷居里溫度的1/3-1/2。
[0017]相較于相關技術，本發(fā)明提供的壓電陶瓷同時具有優(yōu)異的壓電性能和溫度穩(wěn)定性，滿足了產(chǎn)品的使用要求，并且本發(fā)明提供的壓電陶瓷的抗老化方法不但可以進一步提升了壓電陶瓷的穩(wěn)定性能，而且方法簡單可靠、抗老化周期短，便于抗老化壓電陶瓷的批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
[0019]圖1是本發(fā)明一實施例壓電陶瓷的陶瓷斷面顯微形貌；
[0020]圖2是圖1所示實施例壓電陶瓷的介電溫譜；
[0021]圖3是圖1所示實施例壓電陶瓷的電滯回線；
[0022]圖4是圖1所示實施例壓電陶瓷的不同老化時間的溫度穩(wěn)定性對比。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0024]本發(fā)明提供本發(fā)明提供了一種壓電陶瓷材料，所述壓電陶瓷材料含有用化學通式:
[0025]Pb (Nb2Z3Znv3)x(Mnv3Sb2Z3)yZrzTimO3表示且滿足如下關系的主要組分:0.05 ^ x≤ 0.2，0.01 ≤ y ≤ 0.1，0.2 ≤ z ≤ 0.5。
[0026]本發(fā)明同時提供一種采用上述壓電陶瓷材料加工形成壓電陶瓷器件的制備方法，其通過控制原料和預燒后粉末的粒度，使用流延成型法制備所需低溫壓電陶瓷燒結體，然后通過極化電場范圍為4000-6000V/mm下的120°C硅油中極化20min得到所需要的壓電陶瓷器件，具體包括如下步驟:
[0027]步驟SI，配料:按 Pb (Nb2/3Zn1/3) X(Mnv3Sb2Z3)yZrzTimO3 化學式配比提供壓電陶瓷材料的各組分并將所述組分制成粉末，上述各組分滿足如下關系:
0.05 ≤ X≤ 0.2, 0.01 ≤ y ≤ 0.1, 0.2 ≤ z ≤ 0.5，所述組分包括 Pb3O4、Nb2O5、ZnO、MnCO3、Sb2O3 λ ZrO2 λ TiO20
[0028]按照化學式的配比計算各原料組分的質量，用精密電子天平稱量，通過原料選擇或球磨等方法使上述各組分的顆粒度中位數(shù)控制在2 μ m以下，以提高原料的反應活性。[0029]步驟S2，混料:將上述配置好的粉末加1:1質量的蒸餾水混合8小時后烘干。將配置好的粉末與蒸餾水在球磨機內(nèi)進行混合使混合更加均勻。
[0030]步驟S3，煅燒:將上述烘干后的產(chǎn)物在800-900°C的環(huán)境中煅燒3h以合成得到煅
燒產(chǎn)物。
[0031]步驟S4，粉碎:將上述煅燒產(chǎn)物粉碎成粉末并烘干以形成混合物。
[0032]其中，使用微珠球磨粉碎上述混合物，使所述混合物的粒度分布在中位數(shù)1μπι&下并烘干。微珠球磨提高了分體的比表面積，使粉末的活性增強，增大了燒結的驅動力，進而降低了陶瓷的燒結溫度；低溫助劑在燒結前期形成液相，促進了燒結，在燒結后期，玻璃料成分部分進入主晶相晶格，從而也起到了摻雜改性的作用。
[0033]步驟S5，制漿:向上述混合物中加入粘結劑、增塑劑、分散劑、溶劑并混合以形成陶瓷漿料。
[0034]其中，所述制漿所加入的粘結劑、增塑劑、分散劑、溶劑如下表1所示。
[0035]表1
[0036]
【權利要求】
1.一種壓電陶瓷材料，其特征在于，所述壓電陶瓷材料含有用化學通式:
Pb (Nb273Znl73) x (Mnl73Sb273) 表示且滿足如下關系的主要組分:0.05 ^ X ^ 0.2, 0.01 ^ y ^ 0.1, 0.2 ^ z ^ 0.5ο
2.一種壓電陶瓷器件，其特征在于，該壓電陶瓷器件是通過燒結和極化如權利要求1所述的壓電陶瓷材料而得到壓電陶瓷器件。
3.一種壓電陶瓷器件的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟: 配料:按 Pb(Ntv3Zrv3)x(Mnv3Stv3)yZrzTimzO3 化學式配比提供壓電陶瓷材料的各組分并將所述組分制成粉末，上述各組分滿足如下關系:0.05 ^ X ^ 0.2, 0.01 ^ y ^ 0.1, 0.2 ^ ζ ^ 0.5，所述組分包括 Pb304、Nb205、ZnO、MnC03、Sb2O3λ ZrO2λ TiO2 ； 混料:將上述配置好的粉末加1:1質量的蒸餾水混合8小時后烘干； 煅燒:將上述烘干后的產(chǎn)物在800-900°C的環(huán)境中煅燒3h以合成得到煅燒產(chǎn)物； 粉碎:將上述煅燒產(chǎn)物粉碎成粉末并烘干以形成混合物； 制漿:向上述混合物中加入粘結劑、增塑劑、分散劑、溶劑并混合以形成陶瓷漿料； 成型:將所述陶瓷漿料除泡后流延形成陶瓷薄膜； 疊置:將上述陶瓷薄膜層疊設置并等靜壓形成層壓產(chǎn)物； 燒結:在1100-1200°C的環(huán)境中保溫3h燒制所述層壓產(chǎn)物形成壓電陶瓷燒結體； 極化:將壓電陶瓷燒結體被電極并在4000-6000V/mm下的120°C硅油中極化20min形成壓電陶瓷器件。
4.根據(jù)權利要求3所述的壓電陶瓷器件的制備方法，其特征在于，在配料步驟中，所述組分通過原料選擇或球磨混合的方式制成粉末。
5.根據(jù)權利要求3所述的壓電陶瓷器件的制備方法，其特征在于，在配料步驟中，所述粉末的顆粒度中位數(shù)控制在2 μ m以下。
6.根據(jù)權利要求3所述的壓電陶瓷器件的制備方法，其特征在于，所述混料步驟中，配置好的粉末與蒸餾水在球磨機內(nèi)進行混合。
7.根據(jù)權利要求3所述的壓電陶瓷器件的制備方法，其特征在于，在粉碎步驟中，采用微珠球磨粉粹所述煅燒產(chǎn)物。
8.根據(jù)權利要求3所述的壓電陶瓷器件的制備方法，其特征在于，在粉碎步驟中，粉粹后的混合物的粒度分布在中位數(shù)I μ m以下。
9.一種如權利要求2至8任意一項所述的壓電陶瓷器件的抗老化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 一次放置:將所述壓電陶瓷器件在室溫下放置至少24h ； 老化:將放置后的壓電陶瓷器件置于烘箱中保溫0.5-5h ； 二次放置:將老化后的壓電陶瓷器件在室溫下放置至少24h。
10.根據(jù)權利要求9所述的壓電陶瓷器件的抗老化方法，其特征在于，在老化步驟中，所述保溫溫度為該壓電陶瓷器件的陶瓷居里溫度的1/3-1/2。
【文檔編號】C04B35/622GK103539448SQ201310468127
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權日:2013年10月9日
【發(fā)明者】蘇紹華 申請人:瑞聲聲學科技(深圳)有限公司, 瑞聲精密制造科技(常州)有限公司