[发明专利]一种具有高场致应变的锶掺杂铌铝酸铅-铌锌酸铅-锆钛酸铅基压电陶瓷及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型高应变压电陶瓷材料，具体为一种具有大的应变系数的锶掺杂的铌铝酸铅-铌锌酸铅-锆钛酸铅基压电陶瓷及其制备方法，属于功能陶瓷领域。 

背景技术

固态驱动器等位移控制方面的应用，要求材料在尽可能小电场下能够有大的应变输出，从而在激励电压下实现控制与定位。随着材料制备的理论和工艺的不断发展，驱动器材料的种类已经非常之多，主要包括但含铅系列和无铅系列。但是，市场上一直是以PZT基的多元系含铅压电陶瓷材料为主。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。 

本文在前期对铌铝酸铅-铌锌酸铅-锆钛酸铅体系研究基础上，通过组分结构与设计，制备了一种具有大的场致应变的材料,室温下，在3kv/mm的电场下可获得～0.21％场致应变，Smax/Emax高达645pm/V。 

发明内容

本发明的目的是为了提供一种具有大的场致应变的锶掺杂的铌铝酸铅-铌锌酸铅-锆钛酸铅基压电陶瓷及其制备方法，为驱动器等位移控制器件提供可靠高性能的材料。 

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锶掺杂的铌铝酸铅-铌锌酸铅-锆钛酸铅基压电陶瓷，所述的体系的组成成分为Pb_(1-x)Sr_x(Al_0.5Nb_0.5)_0.1(Zn_1/3Nb_2/3)_0.1(Zr_0.52Ti_0.48)_0.8O₃,其中0<x<0.01。 

上述锶掺杂的铌铝酸铅-铌锌酸铅-锆钛酸铅基压电陶瓷的制备采用三步烧结法，具体的制备方法如下: 

(1)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)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SrCO₃、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)干压成型； 

(7)成型片1200℃-1300℃空气中烧结2-3小时，得到致密的压电陶瓷材料。 

将烧结后的陶瓷片用磨片机磨至厚度为1mm左右，利用丝网印刷法将样品双面刷上银电极，在650℃空气中烧银，对烧制电极的陶瓷片测试其XRD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，与锆钛酸铅相比，具有大的场致应变的优点。 

附图说明

图1为实施例中Pb_0.995Sr_0.005(Al_0.5Nb_0.5)_0.1(Zn_1/3Nb_2/3)_0.1(Zr_0.52Ti_0.48)_0.8O₃在1220℃空气中烧结2小时的XRD图(10-80°)。