[发明专利]一种高温压电陶瓷及制备方法

说明书

技术领域

本发明一种高温压电陶瓷及制备方法，涉及压电陶瓷领域。

背景技术

目前，常规的PZT压电陶瓷其居里温度只有300℃左右，无法满足石油探井等高温作业环境。钛酸铅PbTiO₃（简称PT）陶瓷是一种与BaTiO₃具有相似结构的钙钛矿型结构的压电、铁电材料，其居里温度高达490℃，其对时间温度的稳定性也特别好，是一种优秀的高温高频压电陶瓷材料。其厚度、径向各向异性特别大，适合单向发射。由于其良好的高温性能、时间温度老化性能、各向异性大的特点和良好的热释电性能，在高温探井、金属探伤、高频器件、航天压电陀螺、航天用高度指示器、人造卫星地平仪、气象温度探测仪等方面有广泛的应用前景。近年来很多科研机构都开展了相关研究。但由于其显著的各向异性导致烧结困难。当陶瓷体降温越过居里温度时，其晶相结构由立方相变为四方相，晶相c轴显著变长，产生强大的应力导致陶瓷体碎裂，甚至粉化。故对钛酸铅进行改性，保持较高的居里温度，克服其制造中的难题并实现批产，具有很好的应用前景，并为其他学科的发展起到积极的推动作用。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温压电陶瓷及制备方法，易烧结，结构致密，操作简单，价格便宜，能满足高温深井、航天等的特殊环境要求下的应用，适合大批量生产。

一种高温压电陶瓷，为一种具有高温性能的改性钛酸铅压电陶瓷，以Pb₃O₄和TiO₂为主要原料，加入La₂O₃和MnO₂添加物进行改性，其配方为：x〔yPbTiO₃+（1-y）La_2/3TiO₃〕+（1-x）MnO₂，其中x为0.98～0.995，y为0.95～0.99，即，按摩尔比计，Pb₃O₄、TiO₂、La₂O₃及MnO₂的摩尔比为0.31-0.328：0.98-0.995：0.005-0.025：0.005-0.02。

其居里温度达440-480℃，工作温度达200℃，适用于石油探井等高温作业环境。

一种高温压电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

1）、将Pb₃O₄、TiO₂、La₂O₃及MnO₂按照配方的配比，在乙醇溶液中充分混合后烘干压成块状，在850℃温度下保温2h；

2）将预烧后的物料经细磨过1-2mm筛后，干压成型，装入一只小坩埚中，再嵌套装入一只大坩埚，以200℃/h的速度快速升温至1200-1250℃保温2h进行烧结，并冷却到常温；

3）、烧结后的陶瓷体经机械加工、包覆电极后，在185-190℃的温度下施加4500V/mm的电场保压10min进行极化处理，得到钛酸铅PbTiO₃压电陶瓷。

本发明一种高温压电陶瓷，为改性钛酸铅PbTiO₃压电陶瓷，

通过一系列性能测试，其性能为：

相对自由介电常数ε^T_r3：180；

介电损耗tgδ：0.8%；

厚向机电耦合系数Kt：0.47；

平面机电耦合系数Kp：0.03；

压电应变常数d₃₃：54×10^-12；

居里温度Tc：440~480℃。

本发明一种高温压电陶瓷制备方法，该方法制得的陶瓷，易烧结，结构致密，操作简单，价格便宜，能满足高温深井、航天等的特殊环境要求下的应用，适合大批量生产。

具体实施方式

实施例1：