[发明专利]织构化压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种织构化压电陶瓷材料及其制备方法，材料包括化学式为xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃‑yPb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃‑zPbTiO₃(x+y+z＝100)的材料基体、烧结助剂和模板晶粒；以重量计，所述材料基体、烧结助剂和模板晶粒的重量百分数分别为89.3‑98.7％、0.3‑0.7％和1‑10％。制备方法包括步骤：(1)制备压电陶瓷材料基体；(2)合成钙钛矿结构的模板晶粒；(3)将压电陶瓷材料基体和模板晶粒混匀，并加入烧结助剂制备膜材料，通过裁剪、叠层得到生瓷片；(4)将生瓷片进行排粘、烧结，得到压电陶瓷材料。本发明的压电陶瓷材料绝缘性好；能够在低温度下烧结；成本低，制备工艺简单，利于工业化生产；为其在多层压电器件中的应用打下了基础。

技术领域

本发明涉及电子陶瓷技术领域，具体涉及的是一种低温烧结的织构化压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷元器件为适应集成电路表面组装技术的需要，正向高性能、微型化和集成化的趋势发展，其中研究的热点之一就是叠层陶瓷复合体。目前实现叠层结构有两种方法：一种是先烧成单片，在粘贴成叠层结构，这种方法会降低器件整体性能；另一种方法是采用普通金属作为内电极从而多层叠合一次烧成。通常情况下，普通金属电极熔点较低，烧结温度过高会造成金属离子向陶瓷层的扩散，从而使得陶瓷材料的绝缘性下降，因此，在保证材料性能的同时能够降低其烧结温度便成为发展高性能、高可靠性叠层压电陶瓷复合体的重要研究方向。

压电陶瓷材料实现低温烧结的途径主要有：1、掺杂适量的烧结助剂；2、采用湿化学法制备表面活性高的粉体；3、采用热压烧结法；4、采用纳米粉体。在以上这些降低温度的烧结方法中，方法1具有成本低工艺简单等特点，是目前最常用的一种降低材料烧结温度的方法，但是，这种方法所添加的烧结助剂往往会恶化材料的性能；考虑到生产成本以及工艺的复杂程度，方法2、3、4均不利于工业化生产。因此，开发设计出既能够降低材料的烧结温度又能够保证其性能的工艺方法成为未来的发展方向之一，特别是在降低烧结温度的同时还能提升材料性能的工艺方法。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种低温烧结的织构化压电陶瓷材料及其制备方法，该压电陶瓷材料解决了现有的压电陶瓷材料居里温度低、压电常数小的问题；该制备方法解决了现有制备工艺中工艺复杂、恶化材料性能的问题。

技术方案：本发明的织构化压电陶瓷材料，包括化学式为xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-yPb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-zPbTiO₃(简写为xPIN-yPMN-zPT)的材料基体、烧结助剂和模板晶粒，其中，化学式中x+y+z＝100。

以重量计，所述材料基体、烧结助剂和模板晶粒的重量百分数分别为89.3-98.7％、0.3-0.7％和1-10％。

其中，所述烧结助剂为第一碳酸盐，所述第一碳酸盐应为熔点低、易分解挥发的碳酸盐，优选Li₂CO₃。

所述模板晶粒为钙钛矿结构的BaTiO₃、SrTiO₃和(Sr_0.5Ba_0.5)TiO₃中的一种或几种，且其形貌为片状，尺寸在5-15μm，优选10μm。

上述的织构化压电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备压电陶瓷材料基体。

(2)合成片状形貌、钙钛矿结构的模板晶粒。