[发明专利]一种高温压电陶瓷材料及其相界调控方法

说明书

本发明公开了一种高温压电陶瓷材料及其相界调控方法，包括：制备R相压电陶瓷材料；制备T相压电陶瓷材料；将R相压电陶瓷材料和T相压电陶瓷材料按照特定比例混合以寻找相界MPB，并将该相界MPB处对应的R相压电陶瓷材料和T相压电陶瓷材料压制成型形成陶瓷胚体；采用特定排塑烧结工艺对陶瓷胚体进行烧制形成最终的高温压电陶瓷材料。本发明可以快速寻找到相界MPB，从而缩短高温压电陶瓷材料的制备周期。

技术领域

本发明属于压电陶瓷材料技术领域，具体涉及一种高温压电陶瓷材料及其相界调控方法。

背景技术

高温压电材料被广泛应用于航空航天、地质勘探、石油化工、汽车发动机等许多要求工作于特殊环境下的高新技术领域，如卫星上的微位移驱动器、汽车电喷、地质勘探过程中的振动传感器、加速度传感器等都必须使用高温压电材料。

目前应用最广泛的压电材料主要是钙钛矿结构的锆钛酸铅(PZT)基压电材料。准同型相界(Morphotropic Phase Boundary，简称MPB)一开始就是在研究钙钛矿结构的PZT固溶体时提出的，其通常是指两个具有不同结构的铁电相以不同比例形成固溶体时，分隔这两种铁电相的临界组分的区域。新型钙钛矿结构铁电体BiScO₃-PbTiO₃以其与PZT性能相当的电学性能，同时高达450℃的居里温度引起人们的广泛关注。但是由于Sc元素高昂的价格，该材料体系一直没有投入大规模工业生产当中，近年来人们通过引入Co、In、Fe等元素取代Sc元素，虽然可以保证较高的居里温度，但是压电性能大大降低；研究者们还通过引入LiNbO₃、LiTaO₃等ABO₃型第三元构成三元系固溶体，这种方法虽然可以保证优异的压电性能，但是居里温度又大大降低。目前最为有效的一种方法是引入弛豫性结构铁电体，与BS-PT形成三元系固溶体，既可以保证优异的压电铁电性能，又可以保持400℃以上的居里温度。

但是，引入弛豫性结构铁电体后的压电陶瓷材料体系的相结构复杂，难以精确调控，且寻找相界MPB较为困难，目前大多采用的相界调控方法是进行多次实验，以炒菜式方法寻找相界MPB，耗时耗力，增加了高温压电陶瓷材料的制备周期。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种高温压电陶瓷材料及其相界调控方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明实施例提供了一种高温压电陶瓷材料相界调控方法，包括：

制备R相压电陶瓷材料；

制备T相压电陶瓷材料；

将所述R相压电陶瓷材料和所述T相压电陶瓷材料按照特定比例混合以寻找相界MPB，并将该相界MPB处对应的所述R相压电陶瓷材料和所述T相压电陶瓷材料压制成型形成陶瓷胚体；

采用特定排塑烧结工艺对所述陶瓷胚体进行烧制形成最终的高温压电陶瓷材料。

在本发明的一个实施例中，制备所述R相压电陶瓷材料的过程，包括：

按化学组成为(1-x₁)BiScO₃-x₁PbTiO₃的化学计量比称取原料Sc₂O₃、Bi₂O₃、PbO、TiO₂；其中，(1-x₁)和x₁分别表示BiScO₃、PbTiO₃的摩尔比，x₁取值小于0.63；

将上述称取的原料依次经过球磨混合、预烧、二次球磨混合、烘干、研磨工艺以制备混合粉料；

将上述制备得到的混合粉料加入粘合剂聚乙烯醇后造粒形成所述R相压电陶瓷材料。