[发明专利]一种具有高电致应变的铌锌酸铅-锆钛酸铅基压电陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于功能陶瓷领域，涉及一种新型高电致应变压电陶瓷材料，具体为一种具有大的应变系数的铌锌酸铅-锆钛酸铅基压电陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术

固态驱动器等应用要求材料在较小电场下能够有较大的应变输出，从而在激励电压下实现控制与定位，长期以来，驱动器所有材料中，占据统治地位的一直是以PZT为基的多元系含铅压电陶瓷材料，因此，多年来国内外的陶瓷研究工作者都把研究的重点放在PZT陶瓷材料的研究上，以锆钛酸铅为基础，用多种元素改进的三元系、四元系压电陶瓷也都应运而生。

Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃(PZN)具有140℃高居里点和良好的介电、压电特性，将其和PZT进行复合形成的三元系压电陶瓷具有极为优异的压电性能，从而引起人们的广泛兴趣。因此选择以Pb(Zn_1/3Nb_2/3)ZrTiO₃为基础配方组成的材料进行研究，有望得到较理想的材料。

在压电驱动器的应用中，往往要求材料在较小电场下能够有较大的应变输出，所以本文在前期对铌锌酸铅-锆钛酸铅体系研究基础上，通过组分结构与设计，制备了一种具有高电致应变的材料,室温下，在3kv/mm的电场下可获得～0.24%的场致应变，等效压电系数高达767pm/V，适用于位移控制等领域。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种具有高电致应变的铌锌酸铅-锆钛酸铅基压电陶瓷及其制备方法，以解决现有技术的上述问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有大的场致应变的铌锌酸铅-锆钛酸铅基压电陶瓷，所述的铌锌酸铅-锆钛酸铅基含铅体系的组成成分为（xPb(Al_0.5Nb_0.5)O₃-（1-x）Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-0.8Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃）,其中0≤x<0.20。

上述铌锌酸铅-锆钛酸铅基压电陶瓷的制备方法,采用三步烧结法,具体的制备方法如下:

（1）关于铌酸铝（AlNbO₄）的制备：按照摩尔比1:1称取Nb₂O₅和Al₂O₃，并充分混合球磨均匀，烘干后在1100℃～1200℃煅烧2～3小时，将煅烧的产物AlNbO₄研磨作为原料备用；

（2）关于铌酸锌（ZnNb₂O₆）的制备：按照摩尔比1:1称取ZnO和Nb₂O₅，并混合球磨，烘干后在1100℃～1200℃煅烧2～3小时，将煅烧的产物ZnNb₂O₆研磨作为原料备用；

（3）按化学计量比称取原料ZrO₂,TiO₂,AlNbO₄和ZnNb₂O₆,并按5%～10%的过量比称取PbO，将原料混合球磨，球磨完以后烘干，将烘干后的粉料放入研钵中研磨使其混合均匀；

（4）烘干原料压成片状，放入马弗炉中，在1000℃～1100℃空气中预烧2～3小时，研磨得到固溶体原料；

（5）再次使用无水乙醇为介质湿磨，烘干后得到磨细的原料；

（6）将原料干压成型；

（7）成型片1200℃～1300℃空气中烧结2～3小时，得到致密的铌锌酸铅-锆钛酸铅基压电陶瓷材料。

将烧结后的陶瓷片用磨片机磨至1mm左右，用丝网印刷法在上下表面刷上银浆，在650℃空气中烧银，对烧制电极的陶瓷片测试其XRD、电滞回线和场致应变。

本发明的效果在于：这是一种新型多元压电陶瓷材料，与铌锌酸铅-锆钛酸铅体系相比，具有高电致应变的优点。

附图说明

图1为实施例1～5制备的高电致应变的铌锌酸铅-锆钛酸铅基压电材料的XRD图（20～70°）。

图2为实施例1制备的高电致应变的铌锌酸铅-锆钛酸铅基压电材料室温下的电滞回线和场致应变。

图3为实施例2制备的高电致应变的铌锌酸铅-锆钛酸铅基压电材料室温下的电滞回线和场致应变。