[发明专利]一种高压电性低损耗施主受主共掺杂压电陶瓷、制备方法及其应用

说明书

一种高压电性低损耗施主受主共掺杂压电陶瓷、制备方法及其应用，本发明属于功能陶瓷材料领域，具体涉及一种高压电性、低损耗施主受主共掺杂压电陶瓷、制备方法及其应用。本发明要解决传统固相烧结工艺使施主和受主掺杂离子进入同一个晶格，从而导致施主掺杂离子和受主掺杂离子产生的“软性效应”和“硬性效应”减弱，施主受主共掺杂的压电陶瓷不能得到理想的各项性能的问题。制备方法为首先合成MgNb₂O₆前驱体，然后分别独立制备单独掺杂钐的铌镁酸铅‑钛酸铅预烧粉体和单独掺杂锰的铌镁酸铅‑钛酸铅预烧粉体，最后将两种预烧粉体和CuO混合后进行烧结，并对陶瓷片进行烧银极化处理，得到压电陶瓷。本发明用于功率型超声换能器。

技术领域

本发明属于功能陶瓷材料领域，具体涉及一种高压电性低损耗施主受主共掺杂压电陶瓷、制备方法及其应用。

背景技术

压电陶瓷受到外力作用时能产生电荷，受到外施加电场作用时能产生形变，可以将机械能与电能相互转化，是一种多功能的电介质材料。目前，压电陶瓷在换能器、传感器和驱动器等领域中表现出了巨大的应用前景，其制成的各类器件被广泛应用到了工业、军事和医疗等众多领域。近年来，对更大功率、更高效率的机电器件的需求日益倍增，急需同时具备高机械品质因数Q_m、高压电系数d₃₃和低介电损耗tanδ的压电陶瓷。施主掺杂可以使压电陶瓷变“软”，提高d₃₃，而受主掺杂可以使压电陶瓷变“硬”，提高Q_m，降低tanδ，因此对压电陶瓷进行施主受主共掺杂就能使其兼备高机械品质因数Q_m、高压电系数d₃₃和低介电损耗tanδ。然而使用传统的固相烧结工艺，施主掺杂离子和受主掺杂离子将不可避免地进入同一个晶格并且在库仑力的作用下相互吸引发生耦合，这将同时减弱施主掺杂离子和受主掺杂离子产生的“软性效应”和“硬性效应”，从而导致施主受主共掺杂的压电陶瓷不能得到理想的综合性能。因此实现施主受主共掺杂的压电陶瓷兼备高机械品质因数 Q_m、高压电系数d₃₃和低介电损耗tanδ，具有极其重要的实际意义。

发明内容

本发明是要解决传统固相烧结工艺使施主和受主掺杂离子进入同一个晶格，从而导致施主掺杂离子和受主掺杂离子产生的“软性效应”和“硬性效应”减弱，施主受主共掺杂的压电陶瓷不能得到理想的各项性能的问题，而提供一种高压电性低损耗施主受主共掺杂压电陶瓷、制备方法及其应用。

一种高压电性低损耗施主受主共掺杂压电陶瓷的化学通式为(1-m) Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-mPbTiO₃:xSm³⁺，yMn²⁺，zCu²⁺，其中m、x、y、z为摩尔分数，0.25≤ m≤0.35，0＜x≤0.05，0＜y≤0.04，0＜z≤0.01。

一种高压电性低损耗施主受主共掺杂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MgNb₂O₆前驱体粉体；

二、以PbO、TiO₂、Sm₂O₃和纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体为原料，采用固相反应法合成掺杂钐的铌镁酸铅-钛酸铅预烧粉体；

三、以PbO、TiO₂、MnO₂和纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体为原料，采用固相反应法合成掺杂锰的铌镁酸铅-钛酸铅预烧粉体；