[发明专利]一种具有自发压电性能的高温无铅压电陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及压电陶瓷材料，具体是一种具有自发压电性能的高温无铅压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷是一种实现机械能与电能相互转换的功能材料，广泛地应用于滤波器、驱动器、谐振器、传感器、嚼鸣器和超声换能器等各种电子元器件之中。特别是高温压电材料被广泛应用于航空航天、机械、建筑、汽车等行业的振动与冲击测量。随着原子能、航空航天、汽车、冶金与石油化工等工业发展对可靠性和降低噪音的要求，要求压电材料不断挑战高温作业的极限。但是，高温高性能压电材料主要采用铁电材料，铁电性能随温度的增加明显降低，造成压电性能具有非常明显的温度依赖性。同时，压电材料在高温领域的应用强烈受到铁电性能的温度限制。另一方面，铁电材料需要高电场极化有序排列电畴来获得压电性能，高温下有序电畴转向无序化造成退极化，因而引起压电性能在远低于铁电材料居里温度下消失，使得铁电性压电材料的安全使用温度在居里温度的一半左右。目前还未见自发压电性能的高温无铅压电陶瓷K_1/2Na_1/2 NbO₃-Me₂Ti₂O₇(Me为三价稀土金属元素)的报道。

发明内容

本发明的目的是要提供一种无需高电场极化、具有自发压电性能的非铁电性高温无铅压电陶瓷及其制备方法，这种无铅压电陶瓷具有优异的高温度稳定性，退极化温度T_d>700^oC，远高于材料的居里温度，环境友好、稳定性好、压电性能好。

实现本发明目的的技术方案是：

一种具有自发压电性能的非铁电性高温无铅压电陶瓷，其配方化学式为：

(1-x) K_1/2Na_1/2 NbO₃- xNd₂Ti₂O₇或

(1-x) K_1/2Na_1/2 NbO₃- xLa₂Ti₂O₇或

(1-x) K_1/2Na_1/2 NbO₃- xSm₂Ti₂O₇或

(1-x) K_1/2Na_1/2 NbO₃- xPr₂Ti₂O₇其中x表示摩尔分数， 0<x<0.8。

本发明具有自发压电性能高温无铅压电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

（1）将原料按照化学式(1-x) K_1/2Na_1/2 NbO₃- xMe₂Ti₂O₇(Me为三价稀土金属元素La/Nd/Sm/Pr)进行配料，以无水乙醇为介质球磨24小时，干燥后在坩埚中以990°C保温6小时合成固溶体粉末；

（2）以无水乙醇为介质二次球磨24小时，干燥后加入6%(重量百分比)浓度的PVA溶液造粒，压制成型；成型后的素坯放在厚度为2.0cm的刚玉承烧板上，电炉烧结加热硅钼棒放在刚玉承烧板下面，电炉其它方向无加热硅钼棒，在常压下底部单向加热烧结，烧结温度1160-1450°C，保温时间6小时；

（3）烧结好的样品在1160-1450°C保温刚结束时快速从炉中取出，然后在承烧板上面罩上一块钢板，快速冷却；

（4）样品加工成两面光滑、厚度约1mm的薄片，披银电极，然后测试压电性能。

本发明采用传统压电陶瓷制备技术，采用厚承烧板，表面罩上钢板冷却，控制陶瓷样品上下表面的冷却速度不同，形成自发压电性能，不需要高电场极化工艺。本发明制备工艺简单、稳定，适合工业推广应用。本发明的陶瓷组成是一种绿色环保型压电陶瓷，高温温度稳定性好，退极化温度T_d>700^oC，在高温压电传感器具有很好的应用前景。

具体实施方式