[发明专利]一种无烧结助剂低温烧结压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无烧结助剂低温烧结压电陶瓷材料及其制备方法，涉及压电陶瓷材料领域，能够制得无需添加烧结助剂、烧结温度低、压电常数高、居里温度高的压电陶瓷材料。本发明提供的压电陶瓷材料的化学式为：xBi(Zn_1/2Ti_1/2)O₃–yBiScO₃–(1‑x‑y)PbTiO₃。本发明采用固相反应法制备三组元粉体，然后经过造粒，压片，排胶，最后烧结等工艺制备陶瓷材料。结果表明在750℃~850℃的烧结温度下制备出具有高居里温度、相对致密度大于93%、高压电常数的压电陶瓷材料。该材料在叠层压电滤波器、叠层压电微位移器、超声电机等方面具有良好的应用，是一种具有发展前景的适用于低温共烧陶瓷技术的压电材料。

技术领域

本发明涉及压电陶瓷材料领域，尤其涉及一种无烧结助剂低温烧结压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷作为电子信息材料的一个重要分支，在航空航天、工业、医疗、民用及国防等领域有着广泛地应用，其应用范围随着压电陶瓷材料和相关技术的不断进步正在逐渐地扩大。

由于PZT基压电材料具有居里温度高、压电常数高、机械性能优良、稳定性好等特点，目前在压电陶瓷材料领域中处于主导地位。PZT 烧成温度一般在1200℃左右，其组分中的氧化铅（挥发温度 800℃）在高温下易挥发，导致组份偏离化学计量比，影响材料的压电性能并对环境造成严重污染。目前常用的密封烧结法、气氛片法、埋粉法、过量PbO法等只是为了保证配方中的化学计量比不变，不能从根本上消除PbO挥发。抑制PbO挥发积极而有效的方法是实现压电陶瓷材料的低温烧结，若能在PbO明显挥发前进行烧结，则可彻底解决这一难题。

另一方面，压电陶瓷元器件为适应集成电路表面组装技术与无源集成技术的需要，正在向高性能、微型化和集成化的趋势发展，其中的热点之一就是采用叠层结构陶瓷器件。目前实现叠层结构有两种方法，一种方法是先烧成单片陶瓷片，然后再粘结成叠层结构，但这样会降低器件的整体性能；另一种方法是将陶瓷粉利用流延技术制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用精密导体浆料（通常用Pt，Pd等贵金属浆料）印刷工艺绘制内部电极形状，将多层陶瓷生瓷带叠合一次烧成，但成本昂贵。为降低成本，实际生产过程中希望采用导电性能良好、价格较低的Ag作内电极代替贵金属，但是Ag熔点较低，且烧结温度过高会造成银离子向陶瓷层扩散从而使陶瓷材料的绝缘电阻降低。因此，开发低温烧结压电陶瓷材料便成为研发高性能、高可靠性、低成本叠层压电陶瓷器件的重要研究方向。目前降低陶瓷烧结温度的主流技术方案是在陶瓷粉体中加入烧结助剂以实现液相或过渡相烧结，常用如CuO、ZnO和Li₂O等作为烧结助剂，但该方案同时又会带来材料成分不均匀、压电性能和居里温度降低等问题。

综上所述，现有技术中缺乏一种无需添加烧结助剂、且烧结温度低、压电常数高、居里温度高的压电陶瓷材料。

发明内容

本发明提供一种无烧结助剂低温烧结压电陶瓷材料及其制备方法，能够解决现有的压电陶瓷因烧结温度高而导致材料组分不均匀、性能下降、污染环境、成本高昂、无法与低熔点的银电极共烧的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无烧结助剂低温烧结压电陶瓷材料，化学式为xBi(Zn_1/2Ti_1/2)O₃–yBiScO₃–(1-x-y)PbTiO₃，其中，0.01 ≤ x ≤ 0.3，0.10 ≤ y ≤ 0.50。