[发明专利]一种织构化压电陶瓷及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种织构化压电陶瓷及其制备方法和用途，所述织构化压电陶瓷包括模板晶体材料和钪酸铋钛酸铅基体材料，所述钪酸铋钛酸铅基体材料定向生长在模板晶体材料上；所述织构化压电陶瓷保持了钪酸铋钛酸铅基体材料本体较高的居里温度的特性，其居里温度≥435℃，且本发明所述织构化压电陶瓷的织构度很高，其织构度≥83％，使得织构化压电陶瓷的性能接近单晶性能，其机电耦合系数Kp最高可达0.71，Kt最高可达0.64，机械品质因数Qm最高可达248，且其具有较高的致密度，其密度≥7.36g/cm³，本发明所述的织构化压电陶瓷的压电常数最高可达1480pC/N，其在压电传感器、压电电机和高精度位移方面具有广阔的前景。

技术领域

本发明涉及压电陶瓷领域，尤其涉及一种织构化压电陶瓷及其制备方法和用途。

背景技术

压电陶瓷由于具有压电效应，可以实现电能与机械能之间的相互转换，被广泛应用于医疗、航空航天、探测等领域。近些年，随着科技的快速发展和实际应用的需求，对于压电陶瓷的铁电居里温度、压电常数等提出了更高的要求。

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(示例性的包括锆钛酸铅压电陶瓷等)，展现出高居里温度(T_C～450℃)和高压电常数(d₃₃～450pC/N)，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))。自2001年该材料被首次发现，研究者们大多通过掺杂不同的添加剂即改变组分进行固相反应来改善材料的性能。然而，由于晶粒及缺陷等原因，使用固相反应法制备的压电材料压电常数和居里温度往往呈负相关，使得材料的性能很难有很大的提升。

CN103936412A公开了一种铌锡酸铅-钪酸铋-钛酸铅三元系高温压电陶瓷材料及其制备方法，该材料的组成由以下通式表示：0.05Pb(Sn_1/3Nb_2/3)O₃-(0.95-x)BiScO₃-xPbTiO₃，通式中的x和0.95-x分别表示PbTiO₃和BiScO₃组分的摩尔百分数，其中x的取值为0.60-0.63；此压电陶瓷通过材料通过Pb(Sn_1/3Nb_2/3)O₃的加入减少可Sc的用量降低了生产成本，但仍然存在着压电陶瓷的居里温度明显下降(其居里温度＜420℃)，压电性能不足的问题。

CN102180665A公开了一种钪酸铋—钛酸铅高温压电陶瓷材料及其制备方法，包括化学式为xBiScO₃-(1-x)PbTiO₃的基体和占基体总重量为0.4％以下的Bi₂O₃，该材料通过在化学式为xBiScO₃-(1-x)PbTiO₃的计量比原料Sc₂O₃、Bi₂O₃、Pb₃O₄和TiO₂中加入过量的Bi₂O₃制备获得，其中x值为0.35-0.38，过量Bi₂O₃的用量为xBiScO₃-(1-x)PbTiO₃的计量比原料总重量的0.1-0.4％，此方案所述的压电陶瓷材料存在着机电耦合系数低(机电耦合系数Kp＜0.49)，且压电常数低的问题。

上述文献虽然提供了一些压电陶瓷及其制备方法，但由于所述方法制备得到的压电陶瓷的织构度低，难以接近单晶性能，因此存在着居里温度较低，机电耦合系数低和压电常数低的问题，因此开发一种具有较高织构度的压电陶瓷及其制备方法仍具有重要的意义。

发明内容