[发明专利]镧锑掺杂的锆钛酸铅压电陶瓷

说明书

技术领域

本发明是关于以成分为特征的陶瓷组合物的，尤其涉及Pb_0.96-xLa_x（Zr_0.55Ti_0.45） _1-x/4+1.5%wtSb₂O₃体系的压电陶瓷。 

背景技术

压电材料本身具有反应快、精度高、抗干扰强度好等特点，因此受到国内外的广泛关注。目前已被开发应用于超声波电机、精密驱动器等方面，并在国防、生物医学、光电子、机械行业等方面获得了成功的应用。压电陶瓷微位移驱动器的工作原理是基于压电陶瓷的逆压电效应，即S_j=d_ijE_i，施加电场的瞬间，材料产生可控应变。压电体的变形精度高、反应速度快，一般使用情况下变形分辨率即可小于10nm，因而被开发用作纳米级的精密驱动，取得了良好效果，成为近年精密驱动装置的主要构造方式之一。由压电驱动器构成的微位移系统以其体积小、承载力大、效率高、唯一分辨率高、不产生噪音等优良特性，已在超精密加工、微电子工程、微细作业系统、微型机构等领域得到广泛的应用。目前在国内外的科研机构和企业正大力发展这方面的研究和促进其成果产业化。 

利用压电驱动器分辨率高、响应快等动态特性，可将其制成超声波发生器件，如超声波物化器件、压电马达等。利用其控制精度高的静态特性，开发了微动工作台等超精密定位装置。随着人们开发出了性能优越的柔性铰链，便可利用柔性铰链制作位移放大机构，将压电陶瓷驱动器产生的微小位移进行放大，从而使压电驱动器的应用领域大大拓宽，尤其在精密机械的设计和制造中，应用较为广泛，开发出了微位移精密工作台、微型机器人等机械产品。 

目前，压电驱动器需要解决的几个问题。（1）驱动器用的材料以及新工艺。压电器件的应用与发展，在很大程度上取决于压电材料本身的性能。为了改善压电陶瓷材料的微观结构，提高其性能，国内外学者都在做积极的探索。例如韩国东义大学BYUNG MOON JIN等人，研究0.2Pb（Mg_1/3Nb_2/3）—0.8（PbTiO₃—PbZrO₃）系统，已在较低烧结温度下获得较高压电性能。而压电常数与介电系数和机电耦合系数又有着一定的联系。（2）大行程高精度的压电驱动器。在许多实际应用精密驱动器的场合，需要几个毫米以上的大行程位移。针对该要求，压电陶瓷驱动器结构可设计为层状式，使位移得到累加，达到其放大的效果。多层压电陶瓷驱动器需满足一下要求：高的压电系数和机电耦合系数以及高的居里温度。而单片陶瓷膜片的厚度受到限制，并且片曾之间的粘结剂使器件在电场作用下产生大的蠕变，不利于位移的精确控制。造成器件性能恶化，甚至出现器件断裂，缩短了器件的使用寿命，带来了很大的不便。（3）压电驱动器控制电源、控制系统以及控制方法的研究。 

锆钛酸铅压电陶瓷（PZT）为钙钛矿结构，在居里温度以上为立方晶系，居里温度以下 发生相转变，此时为三方相与四方相。而Sb和La两种元素均能使材料产生铅空位，由于Pb²⁺缺位的出现,使得畴运动变的容易进行,从而沿电场电方向取向的畴的数目增加。从而增加了剩余极化强度，使得压电效应大大增。为了符合大应变压电陶瓷材料的要求，即较高的压电常数d₃₃、机电耦合系数Kp、居里温度Tc，较低的介电损耗tgδ，我们将调整配方组成以获得最佳的性能。 

发明内容

本发明的目的，是解决目前PZT体系压电陶瓷的压电常数较低的弊端，掺杂La、Sb两种物质，使得纯PZT陶瓷的压电性能大大提高，并获得较高的居里温度和较低的介电损耗，提供一种适合微位移驱动器应用的大应变压电陶瓷。 

本发明通过如下技术方案予以实现。 

1.一种镧锑掺杂的锆钛酸铅压电陶瓷，其化学计量式为：Pb_0.96-xLa_x（Zr_0.55Ti_0.45） _1-x/4+1.5%wtSb₂O₃，式中x=0.035～0.05； 

该镧锑掺杂的锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法，具有如下步骤： 

(1)配料