[发明专利]一种离子掺杂锑锰锆钛酸铅压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电子元器件行业的压电陶瓷材料，特别是涉及一种离子掺杂锑锰锆钛酸铅压电陶瓷材料及其制备方法，属于电器元件及其材料制造技术领域。

背景技术

锆钛酸铅压电陶瓷即PZT陶瓷是目前使用非常广泛的一类压电材料，由于压电陶瓷材料的应用十分广泛，在不同的应用领域，对其性能有不同的要求。为了适应不同的使用要求，各种各样的压电陶瓷配方被开发和设计。如用以制作水声换能器的压电材料，属接收型（如水听器接收振子），必须保证高的机电耦合系数k_p以及大的压电应变常数g₃₁或g₃₃；应用于发射领域（如声纳发射振子），则需要具有高的机械品质因素Q_m，同时要求在高频的强电场下介质损耗tanδ小，压电性能不易衰退；压电换能器材料的共同要求是机电耦合系数大，介电常数高。但是首先这些性能往往是相互矛盾的，例如，介电常数大的材料，tanδ往往也大；k_p值高的材料，Q_m值较低，且稳定性较差等等。其次对于PZT基的压电陶瓷来说，其烧结温度大多都在1200℃以上，致使原料中的 PbO会挥发，这一方面会造成陶瓷的化学组成会偏离化学计量比，严重影响压电陶瓷的性能，另一方面铅的挥发也会对人体及环境造成不良的影响。在当前的生产中，弥补铅挥发的主要方法是采用埋烧法、密封烧结法或使 PbO 过量，这些都不能从根本上消除 PbO的挥发，抑制PbO 挥发较为有效的方法是实现压电陶瓷材料的低温烧结，即将压电陶瓷材料的烧结温度降低至PbO挥发的温度以下。

发明内容

本发明使用Sr、Ba离子复配掺杂结合V₂O₅掺杂锑锰锆钛酸铅（PMS-PZT）压电陶瓷，通过优化压电陶瓷及其制备工艺以期获得高性能PMS-PZT压电陶瓷材料。

本发明的目的之一在于提供一种具有高压电系数、高机械品质因数、高机电耦合系数的锑锰-锆钛酸铅基压电陶瓷(PMS-PZT)，适合于高强度超声换能器、压电传感器等器件的应用，其组成为：Pb_1.04(Mn_1/3Sb_2/3)_0.05Zr_0.47Ti_0.48O₃+0.1wt%SrCO₃+0.2wt%BaCO₃+ xwt% V₂O₅ ，其中 x=0.05～1.5，wt%表示质量百分比，表示占总质量的质量百分比含量。

本发明提供的Sr、Ba离子复配掺杂以及V₂O₅掺杂锑锰锆钛酸铅(PMS-PZT)压电陶瓷，按Pb_1.04(Mn_1/3Sb_2/3)_0.05Zr_0.47Ti_0.480₃+ 0.1wt%SrCO₃+ 0.2wt%BaCO₃+xwt%V₂O₅(其中x=0.05～1.5)的化学计量比称取的原材料为Pb₃O₄、SrCO₃、MnO、Sb₂O₃、TiO₂、ZrO₂、BaCO₃、V₂O₅。

本发明所述离子掺杂锑锰锆钛酸铅压电陶瓷材料即Sr、Ba离子复配掺杂以及V₂O₅掺杂锑锰锆钛酸铅（PMS-PZT）压电陶瓷具有单一的钙钛矿结构。

本发明的另一目的在于提供所述离子掺杂锑锰锆钛酸铅压电陶瓷材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将按照比例精确称量好的原料加入到球磨罐中进行星式球磨，物料加入球磨罐时应注意加入的原料的顺序，先加入一份量多的原料再加入一份量少的原料，按照一多一少的顺序将原料依次加入球磨罐中，防止含量较小的物料粘壁造成的化学比的偏离，设置球磨转速为200~300rad/min，球磨混料10~12h，在80~90℃烘干后，研磨过60~80目筛；

（2）将步骤（1）过筛后的物料，进行预压，预压后的块状物料在密闭条件下750~900℃煅烧1.5~2h；