[发明专利]一种高温PIN-PHT压电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高温PIN‑PHT压电陶瓷及其制备方法，属于电子陶瓷材料技术领域；本发明采用传统的固相烧结法制备出了化学通式xPb(In_0.5Nb_0.5)O₃‑(1‑x)Pb(Hf_1‑yTi_y)O₃，其中0.07≤x≤0.3，0.53≤y≤0.6的压电陶瓷。本发明通过将具有较小容差因子的铁电体PIN与电学性能较好的PHT固溶，构成三元PIN‑PHT压电陶瓷；其在保持较高居里温度的情况下仍然具有良好的压电性能；解决了现有技术中，压电性能与居里温度不能兼得的问题。

技术领域

本发明属于电子陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种高温PIN-PHT压电陶瓷及其制备方法。

背景技术

近年来，压电陶瓷已经被广泛应用于航空、汽车制造、通信、能源和计算机等诸多领域，是滤波器、传感器、换能器、压电变压器等电子元器件的重要组成部分。然而，高温失效一直是困扰压电材料发展的主要问题，许多电子电器设备要求对使用范围和使用环境具有较大的适应性，例如工业上使用的超声加工、超声焊接等大功率超声换能器、核反应堆中使用的高温超声波定位探测器、内燃机中使用的燃油电喷压电阀等，必须选用具有高居里点的压电材料，才能保证压电器件可在较宽温度范围内正常工作。

居里温度(T_C)是评价压电陶瓷性能的一项重要指标，当温度超过T_C时，压电材料的晶格结构将发生转变，并失去自发极化，压电活性也随之消失，所以T_C为压电材料应用的理论上限温度。

到目前为止，压电性能优良且工作温度高的压电陶瓷材料非常少，这就使得长期以来，特种高温压电器件不得不使用凝胶注模、助熔剂法、熔盐法等生产工艺复杂、成本高的生产方法制备。因此，开发兼具良好压电性能和高居里温度的压电陶瓷材料已成为当务之急。国内外研究较多的高温压电陶瓷多为无铅体系，但是无铅体系的压电性能普遍较弱(d₃₃＜100pC/N)，不利于实际应用。铅基钙钛矿结构压电陶瓷的压电性能和介电性能远高于无铅体系，然而其居里温度不高(T_C＜300℃)，限制了该体系的工作温度范围。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高温PIN-PHT压电陶瓷及其制备方法，本发明的铪钛酸铅-铌铟酸铅(PIN-PHT)压电陶瓷具有高居里温度，同时仍能保持较高压电性能；利用该制备方法得到的压电陶瓷，其居里温度在355℃时压电常数仍保持在450pC/N以上。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

(一)一种高温PIN-PHT压电陶瓷，其化学式为xPb(In_0.5Nb_0.5)O₃-(1-x)Pb(Hf_1-yTi_y)O₃，其中0.07≤x≤0.3，0.53≤y≤0.6。

(二)一种高温PIN-PHT压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将In₂O₃粉体和Nb₂O₅粉体依次进行球磨、烘干、煅烧，得到InNbO₄前驱体粉体；

步骤2、将Pb₃O₄粉体、TiO₂粉体、HfO₂粉体和所述InNbO₄前驱体粉体进行预处理，得到预制混合粉料；将所述预制混合粉料进行磨细处理，得到预合成干粉料；

步骤3、对预合成干粉料进行造粒、筛分后，得到待压粉料，对待压粉料进行压制，得到陶瓷生胚；

步骤4、对所述陶瓷生胚依次进行排胶和高温反应，得到高温PIN-PHT压电陶瓷。