[发明专利]一种耐高温的多层压电陶瓷致动器及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种耐高温的多层压电陶瓷致动器及其制备方法和用途。所述压电陶瓷致动器中的压电陶瓷层包括压电陶瓷材料和助烧剂，所述压电陶瓷材料为通式为xBiScO₃‑(1‑x)PbTiO₃的钪酸铋‑钛酸铅二元压电陶瓷材料。所述制备方法包括：1)将铋源、钪源、铅源和钛源混合，破碎，得到原料混合物，煅烧，得到煅烧粉料；2)将助烧剂与煅烧粉料混合，破碎，将得到的混合物成型得到压电陶瓷膜片；3)在压电陶瓷膜片表面制备内电极，将得到的带有内电极的压电陶瓷膜片层叠、烧制、制备外电极并进行极化后，得到所述压电陶瓷致动器。所述压电陶瓷致动器适用于25℃至300℃的工作温度范围，并且成本较低。

技术领域

本发明属于压电陶瓷致动器技术领域，涉及一种耐高温的多层压电陶瓷致动器及其制备方法和用途。

背景技术

近些年，随着航空航天、石油化工、冶金与能源等现代工业的迅猛发展，卫星、导弹的自动控制、油井井下超声探测和汽车工业发动机燃油监控等领域对设备使用环境提出新的要求。寻找具有卓越的压电常数、高的铁电居里温度和大应变等优秀性能的压电陶瓷材料，并成功应用到耐高温的致动器中是一项迫切且极具挑战意义的任务。

目前，最具商用价值的PZT基压电陶瓷由于成分和结构的原因，居里温度(Tc)约为350℃，在块体压电材料中，由于热激活引起的去极化作用，其工作温度范围不超过居里温度的一半(R.C.Turner,et al,Appl.Acoust.41,299(1994))。且应用于传统压电陶瓷致动器的PZT基陶瓷材料居里温度仅为200℃甚至更低，其并不适用于高温环境。

新型钪酸铋-钛酸铅(BiScO₃-PbTiO₃)高温压电陶瓷，相较于其他铅基压电陶瓷材料，展现出高居里温度(T_C～450℃)和高压电常数(d₃₃～450pC/N)，正是一种极具潜力且适合在高温环境下使用的陶瓷材料(R.E.Eitel,et al,Jpn.J.Appl.Phys.41,2099(2002))。但是多层压电陶瓷致动器件在制作过程中，通常采用流延成型多层共烧的工艺，即将陶瓷流延膜与电极材料层叠后同时在高温煅烧。目前使用最广泛的电极材料是银或银-钯金属电极，银-钯金属电极使用温度较高但价格昂贵，成本相对较低的银电极材料熔点约960℃，而钪酸铋-钛酸铅基压电陶瓷烧结温度大于1000℃(I.Sterianou,et al,Appl.Phys.Lett.87,299(2005))，难以将钪酸铋-钛酸铅基压电陶瓷与成本相对较低的银电极结合应用于压电致动器。

因此，制作成本较低且能在高温环境使用的多层压电陶瓷致动器是本领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种耐高温的多层压电陶瓷致动器及其制备方法和用途。本发明提供的耐高温的多层压电陶瓷致动器适用于25℃至300℃的工作温度范围，是一种性能优异的耐高温陶瓷器件，在多项领域有很好的应用前景。本发明提供的制备方法在使用钪酸铋-钛酸铅二元系高温压电陶瓷材料的同时，有效降低烧结温度，实现了与银电极共烧制作压电陶瓷致动器。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种压电陶瓷致动器，所述压电陶瓷致动器中的压电陶瓷层包括压电陶瓷材料和助烧剂，所述压电陶瓷材料为通式为xBiScO₃-(1-x)PbTiO₃的钪酸铋-钛酸铅二元压电陶瓷材料，其中x和(1-x)均代表摩尔比例，且0.3≤x≤0.4。