[发明专利]一种铌镁酸铅-钛酸铅基压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铌镁酸铅‑钛酸铅基压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料用以下通式表示：(1‑x)(0.68PbMg_1/3Nb_2/3O₃‑0.32PbTiO₃)‑x(Bi_0.5Na_0.5)ZrO₃，其中0.00＜x≤0.07；所述铌镁酸铅‑钛酸铅基压电陶瓷材料的制备方法包括如下步骤：(1)制备前驱体MgNb₂O₆；(2)制备基体材料0.68PMN‑0.32PT；(3)制备粉料；(4)制备坯体；(5)制备所述压电陶瓷材料。本发明制备的铌镁酸铅‑钛酸铅‑锆酸铋钠三元系压电陶瓷，压电系数d₃₃可达1040pC/N，室温下的介电常数ε_r可达6559。

技术领域

本发明涉及压电陶瓷材料技术领域，尤其是涉及一种铌镁酸铅-钛酸铅基压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

压电陶瓷作为一种能够实现机械能和电能相互转换的功能材料,表现出优异的介电、铁电、压电和热释电等性能，在医用超声探头、高密度电容器、水声成像系统和微机电系统等方面都有着广泛应用。因此，研发高性能压电陶瓷对于推动高科技产业升级，促进国民经济和国防建设有着重大的战略价值。

铅基弛豫型铁电体的独特性，即结构上的兼容性、复合离子的多样性以及微区成分的不均匀性使其具有比普通铁电体更为优异的电学性能，成为近年来凝聚态物理和材料科学的研究热点。其中铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)压电陶瓷因其制备工艺最成熟，综合性能最优异，是目前应用前景最广阔的铅基钙钛矿型弛豫铁电固溶体。随着PT含量的增加，无规则纳米畴密度增加，微畴逐渐合并成铁电宏畴，表现出三方弛豫铁电相向四方铁电相转变，通过组分调控可构建三方-四方准同型相界(MPB)而致使陶瓷表现出优异的压电性能。经过不断地探索研究，PMN-PT陶瓷的综合性能已经无法仅通过优化制备工艺、寻找MPB等简单手段得到进一步提高，且其较低的居里温度和铁电相变温度，低的矫顽场和机械品质因数降低了材料的温度和电场稳定性，这极大限制了其在高性能压电器件中的应用。为满足人类日益增长的生产生活需求，进一步提升压电陶瓷的综合性能对于拓宽其应用的宽度与广度均具有重要意义。异价掺杂形成固溶体是调控铌镁酸铅-钛酸铅压电陶瓷电学性能的有效方法之一。硬性掺杂致使氧空位增多，形成内偏场，抑制铁电畴的翻转，产生“钉扎效应”，但以牺牲材料的压电、介电性能为代价提升机电性能；软掺杂则造成铅空位增多，易于捕获空穴，致使铁电畴更容易翻转，使铁电体变“软”，进而提升材料的压电活性，但其机械品质因数则有所下降。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种铌镁酸铅-钛酸铅基压电陶瓷材料及其制备方法。本发明制备的铌镁酸铅-钛酸铅-锆酸铋钠三元系压电陶瓷，压电系数d₃₃可达1040pC/N，室温下的介电常数ε_r可达6559。

本发明的技术方案如下：

一种铌镁酸铅-钛酸铅基压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料用以下通式表示：

(1-x)(0.68PbMg_1/3Nb_2/3O₃-0.32PbTiO₃)-x(Bi_0.5Na_0.5)ZrO₃，其中0.00＜x≤0.07；简称(1-x)(0.68PMN-0.32PT)-xBNZ。

一种铌镁酸铅-钛酸铅基压电陶瓷材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)制备前驱体MgNb₂O₆