[发明专利]一种Sm离子掺杂PZT基压电陶瓷材料及其制备方法

权利要求书

1.一种Sm离子掺杂PZT基压电陶瓷材料，其特征在于，以下列化学通式表示：Pb_1-yGa_y(Zr_1-zTi_z)_mTa_1-mO₃+xwt％Sm，其中x＝0.05～1.05，xwt％表示Sm占压电陶瓷材料总质量的百分比含量；y＝0.015～0.025，z＝0.45～0.50，m＝0.95～0.98。

2.如权利要求1所述的压电陶瓷材料，其特征在于，所述化学通式为：Pb_0.98Ga_0.02(Zr_0.52Ti_0.48)_0.96Ta_0.04O₃+xwt％Sm，其中x＝0.1～1。

3.如权利要求1或2所述的压电陶瓷材料，其特征在于，压电陶瓷材料的居里温度Tc大于380℃，介电常数大于900，压电常数d₃₃大于300pC/N。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将各原料球磨混合，球磨后依次进行烘干、研磨、过筛、预压，预压后的块状物料在密闭条件下750～900℃煅烧1～2h；

(2)将步骤(1)中煅烧后的物料碾碎二次球磨，然后烘干、过筛，加PVA水溶液，充分研磨、再过筛；

(3)将步骤(2)过筛的物料，模压成型得到生坯片，将生坯片脱脂排胶，然后在1100℃～1300℃保温烧结得到烧结体；

(4)将步骤(3)得到的烧结体进行抛光，在表面涂抹中温银浆后烘干，在600～700℃下烧结1～2h，得到被银陶瓷片；

(5)将步骤(4)得到的被银陶瓷片在硅油中极化，取出在空气中自然老化得到压电陶瓷材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，各原料分为两组，第一组包括Pb₃O₄、ZrO₂和TiO₂，第二组包括Ta、GaO和Sm；各原料加入球磨混合的顺序为：先从第一组中择一加入，然后从第二组中择一加入，循环至加完各原料。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，在球磨罐中进行星式球磨，且球磨罐中的球：原料总量：无水乙醇的重量比为(1.8～2.5)：1：(0.5～1)，球磨的转速为200～300rad/min，时间为10～12h；烘干的温度为80～100℃；过筛为过60～80目筛。

7.根据权利要求6所述Sm离子掺杂PZT基压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，PVA水溶液的质量百分比浓度为10％～15％，PVA水溶液的添加量为原料总质量的5～8％；

过筛为过250～350目筛；再过筛为过60～80目筛。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，脱脂排胶及烧结包括以下步骤：

S3.1以升温速率0.5～1℃/min，升温到200～220℃并保温1～2h；

S3.2以升温速率1～3℃/min，升温到500-600℃并保温1～2h；

S3.3以升温速率2～5℃/min,升到800～900℃并保温1～2h；

S3.4以升温速率1～2℃/min升温到1100～1300℃并保温1～2h，随炉冷却。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述中温银浆的银粉含量为60～75wt％，粘度550～650Pa·s，银粉为粒径0.5～3μm的球形银粉，且D50＝0.8～1μm；烘干的温度为80～100℃；烧结得到银层厚度为1～2μm。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，硅油温度120～130℃，以2～3kv/mm直流电压极化15～20min；自然老化时间为20～24h。