[发明专利]一种改性钛酸铅压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性钛酸铅压电陶瓷材料及其制备方法，属于功能陶 瓷材料领域。

背景技术

压电铁电陶瓷具有优良的铁电性、压电性、介电性、热释电性等，是 功能陶瓷中应用非常广泛的一类，如存储器(铁电性应用)、传感器、换能 器、滤波器(压电性应用)、红外探测器(热释电应用)、电容器(介电性 应用)等，在国民经济和国防工业中发挥着重要的作用，已经形成规模化 产业。其中钛酸铅陶瓷具有优良的压电特性，通过各种取代与掺杂的方式， 人们克服了烧结困难，已得到了一些广泛应用于不同领域的配方，特别在 高频领域，由于PbTiO₃陶瓷具有较好的厚度三次谐波特性，在高频谐振器、 滤波器引线元件上得到广泛的应用。由于焊接工艺的无铅化，焊接温度提 高到250～280℃(如回流焊)，这对元件材料的居里温度提出了更高的要求。 目前国内工业实用化PbTiO₃陶瓷的居里温度T_C都不高，日本等先进工业国 家实用化PbTiO₃基陶瓷T_C在310℃左右，而我国实用化PbTiO₃陶瓷T_C在 250～270℃左右。较低的T_C严重影响了PbTiO₃陶瓷的应用。因此，获得高 的居里温度T_C(＞℃300C)和高机械品质因子Q_m的PbTiO₃陶瓷，对于满足陶瓷 焊接工艺的要求，提高压电陶瓷工作性能，有实用价值。

发明内容

本发明的目的是，提供一种改性钛酸铅压电陶瓷材料及其制备方法， 选择具有高居里温度的基础体系，在尽可能保持陶瓷的介电性能和压电性 能的前提下，通过氧化物掺杂提高陶瓷材料的机械品质因子，使钛酸铅陶 瓷适应于新的工艺环境。

本发明的一种改性钛酸铅压电陶瓷材料，其特征在于以 Pb_0.88(La_0.6Nd_0.4)_0.08(Mn_1/3Sb_2/3)_0.02Ti_0.98O₃体系为基体，C0₂O₃为掺杂氧化物；

本发明的改性钛酸铅压电陶瓷，其特征是Co₂O₃掺杂量为基体的 0.15-0.85％质量比；

本发明的一种改性钛酸铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于采用 固相烧结法烧成瓷体，包括以下步骤：

(1)采用四氧化三铅、三氧化二镧、三氧化二钕、碳酸锰、三氧化二锑、二 氧化钛为基本原料，按分子式Pb_0.88(La_0.6Nd_0.4)_0.08(Mn_1/3Sb_2/3)_0.02Ti_0.98O₃配取基本原料；将Co₂O₃作为掺杂料加入到基本料中，Co₂O₃占基本料 的质量百分比为0.15～0.85％；

(2)采用水为介质，将原料球磨8～12小时，出料并干燥后以30～50MPa 的压力将原料挤压成块，以1～3℃/min的升温速率升到850～900℃下进 行预合成，保温1～3小时；预合成得到的料块研磨至全部通过40目筛； 以无水乙醇为介质、再次球磨8～12小时，出料并干燥；粉料中加入占 粉料的质量百分比20％的粘结剂溶液(溶液中聚乙烯醇质量浓度为 18％)，经混料、并料、粗轧和精轧，得到厚度为0.3～0.5mm的膜片。

(3)膜片在720～750℃下保温2～4小时排塑，升温速率为1～5℃/min；然 后将膜片置于氧化铝坩埚中，密闭烧结，烧结温度为1170～1260℃，保 温时间为1～3小时，即得陶瓷片。

(4)陶瓷片经研磨抛光后两面被覆银电极，并在硅油中80～120℃下极化， 极化电场为6000～8000V/mm，时间为45～60分钟。