[发明专利]一种机电耦合系数明显各向异性的高性能锆酸铅基压电陶瓷材料及其制备方法

权利要求书

1.一种机电耦合系数具有明显各向异性特点的高性能锆酸铅基压电陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的组成通式为：(1-x)PbZrO₃-xPb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃ +y(zMnO₂+(1-z)CeO₂)，其中：x为摩尔比，且满足0.1≤x≤0.12；y、z为重量比，以所述陶瓷材料总重量计，且满足0＜y≤0.10；0＜z＜1.0。

2.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的厚度机电耦合系数K_t在0.40～0.48之间，厚度机电耦合系数K_t与径向机电耦合系数K_p之比Kt/Kp为8～24。

3.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的压电常数d₃₃为56～65 pC/N，机械品质因子Qm为800以上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料为正交相的钙钛矿结构。

5.一种权利要求1至4中任一项所述的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a) 按照(1-x)PbZrO₃-xPb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃ +y(zMnO₂+(1-z)CeO₂)通式称量化学计量比的Pb₃O₄、ZrO₂、MgCO₃、Nb₂O₅、MnO₂及CeO₂，湿法球磨混合均匀后烘干；

b) 将混合均匀的粉体过筛压块后，在800～950℃下合成2～4小时，以获得所需要的物相；

c) 将合成后的粉体湿法球磨混合均匀后烘干；

d) 将球磨后的粉体加入粘结剂，造粒，压制成型，排出素坯中的有机成分；

e) 将素坯在氧气气氛中在1100～1240℃烧结2～4小时，即可获得高性能锆酸铅基压电陶瓷。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，Pb含量另加4～6%的过量。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，采用去离子水和锆球作为介质，原料、锆球和去离子水的质量比为1：（2～4）：（1～1.2），球磨时间为4～6小时。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，采用去离子水和锆球作为介质，原料、锆球和去离子水按的质量比为1：（2～4）：（0.8～1），球磨时间为6～8小时。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤d)中，将压制成型的素坯在500～600℃温度下保温2～8小时以排出素坯中的有机成分。