[发明专利]一种La离子掺杂PZT基压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种La离子掺杂PZT基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。所述陶瓷材料组成为：Pb_0.98Ga_0.02(Zr_0.52Ti_0.48)_0.96Ta_0.04O₃+xwt%La₂O₃，其中x=0.1～1；制备方法为：将原料混合，球磨，烘干后预烧；再经过二次球磨后，烘干，过筛，得到陶瓷粉体；造粒后压制成坯体进行排胶；然后烧结得到压电陶瓷片；再将压电陶瓷片涂覆银电极后煅烧，再置于硅油中进行极化制得PZT基压电陶瓷片。本发明制得的压电陶瓷片，居里温度Tc在390~440℃，压电常数d₃₃在280~320pC/N，相对介电系数ε_r在1380~1460；该新型材料从常温至高温可反复或长期使用，可应用于高温条件下的各种压电传感器、换能器元器件及电力测量、自动控制等领域。

技术领域

本发明特别是涉及一种La离子掺杂PZT基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

随着高新技术的迅速发展，对压电器件工作温度的要求越来越高，因此高温压电陶瓷材料成为近几年研究的热点之一。作为一种新型功能材料，高温压电陶瓷被广泛应用于航空航天、核能、冶金、石油化工、地质勘探等许多特殊领域。但是，目前商业化应用的锆钛酸铅体系压电陶瓷的居里温度一般在250～380℃，由于热激活老化过程，其安全使用温度被限制在居里温度的1/2处。压电性能优良，使用温度低于380 ℃的高温压电陶瓷材料已经不能满足当前高新技术发展的要求。此外，商用高温传感器所采用的压电材料仅限于LiNbO₃等单晶材料，生产工艺复杂，价格极其昂贵，而且国内目前尚无性能优良、使用温度高于350℃的高温压电陶瓷传感器产品，国外对这类器件的研究报道也很少。因此，高温压电陶瓷材料成为近几年来研究的热点，各种新成果、新技术不断涌现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高居里温度、高压电常数、高介电常数的La离子掺杂PZT基压电陶瓷材料，适用于高温条件下的各种压电传感器、换能器元器件等，组成为：Pb_0.98Ga_0.02(Zr_0.52Ti_0.48)_0.96Ta_0.04O₃+xwt%La₂O₃，其中x=0.1～1，wt%表示质量百分比，表示占总质量的质量百分比含量。

本发明所述高居里温度的La离子掺杂PZT（锆钛酸铅）基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La离子掺杂PZT基压电陶瓷材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）按Pb_0.98Ga_0.02(Zr_0.52Ti_0.48)_0.96Ta_0.04O₃+xwt%La₂O₃（x=0.1～1）的化学计量比称取Pb₃O₄、GaO、Ta₂O₅、TiO₂、ZrO₂、La₂O₃后进行球磨，球磨后烘干、研磨、过60~80目筛，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；

（2）将步骤（1）中煅烧后的物料碾碎二次球磨，然后烘干、过250~325目筛，加PVA水溶液，充分研磨，再过60~80目筛；

（3）将步骤（2）过筛的物料，模压成型得到生坯片，将生坯片在500~600℃脱脂，然后在1180℃~1260℃保温1.5~2h，得到烧结体；