[发明专利]一种锰掺杂铌铟锌酸铅-钛酸铅压电陶瓷、制备方法及其应用

说明书

一种锰掺杂铌铟锌酸铅‑钛酸铅压电陶瓷、制备方法及其应用，本发明属于功能陶瓷材料领域，具体涉及一种锰掺杂铌铟锌酸铅‑钛酸铅压电陶瓷、制备方法及其应用。本发明要解决现有压电陶瓷机械品质因数、居里温度偏低的问题。压电陶瓷的化学通式为0.49Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃‑0.21Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃‑0.30PbTiO₃:xMn²⁺，其中x为摩尔分数，0＜x≤0.05。首先合成铌酸铟和铌酸锌前驱体，然后以InNbO₄，ZnNb₂O₆，PbO，TiO₂和MnO₂为原材料制备陶瓷片，最后进行抛光镀银以及热极化处理，得到锰掺杂铌铟锌酸铅‑钛酸铅压电陶瓷。压电陶瓷用于压电径向振动系统。

技术领域

本发明属于功能陶瓷材料领域，具体涉及一种锰掺杂铌铟锌酸铅-钛酸铅压电陶瓷、制备方法及其应用。

背景技术

压电陶瓷可以实现机械能与电能之间的相互转换，使得此类材料既能作为传感器又能作为驱动器使用，实现了传感与制动的统一，是智能材料与结构的重要组成部分。当前压电陶瓷被广泛应用于超声换能、无损探伤、传感器、电子信息等高新技术领域，产品涉及电子、军事、医疗等各个行业，因此近年来，研究制备高性能的压电陶瓷材料激发了科研界强烈的研究热情。特别是在中高功率机电器件中，急需具有高机械品质因数、高压电常数和优异温度稳定性的压电陶瓷材料。目前商用压电器件应用的压电陶瓷仍以锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷为主。例如，在中高功率压电器件中使用的PZT8压电陶瓷，其机械品质因数Q_m约为1000，居里温度T_C约为300度，压电系数d₃₃仅约为200pC/N，虽然温度稳定性较好，但是高机电性能和温度稳定性方面无法很好兼顾。所以，针对当前大应变压电驱动器和高效率压电转换器等高端压电器件对新型压电材料的迫切需求，本发明提出一种锰离子掺杂铌铟锌酸铅-钛酸铅压电陶瓷的制备方法，获得了机电性能和温度稳定性兼优的新型压电陶瓷材料。

发明内容

本发明是要解决现有压电陶瓷机械品质因数、居里温度偏低的问题，而提供一种锰掺杂铌铟锌酸铅-钛酸铅压电陶瓷、制备方法及其应用。

一种锰掺杂铌铟锌酸铅-钛酸铅压电陶瓷的化学通式为0.49Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.21Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-0.30PbTiO₃:xMn²⁺，其中x为摩尔分数，0＜x≤0.05。

具体实施方式二：本实施方式一种锰掺杂铌铟锌酸铅-钛酸铅压电陶瓷的制备方法是按以下步骤完成的：

一、采用固相反应法合成纯相的InNbO₄前驱体粉体；

二、采用固相反应法合成纯相的ZnNb₂O₆前驱体粉体；

三、以PbO、TiO₂、MnO₂、纯相的InNbO₄前驱体粉体和纯相的ZnNb₂O₆前驱体粉体为原料，采用固相反应法合成具有钙钛矿结构的预烧粉体；