[其他]超低温烧结PNN压电陶瓷及其制造工艺

说明书

本发明属于压电陶瓷及其制造领域。

压电陶瓷是一种应用很广泛的功能陶瓷材料，其烧结温度大都要在1250℃左右。在这种温度下PbO挥发严重，需要密闭烧结。为了减少有害物质PbO的挥发，减轻环境污染，节省能源，人们已对锆钛酸铅〈PZT〉二元系陶瓷的低温烧结进行了研究。例如掺加五氧化二钒（V₂O₅）使烧成温度降低至960℃左右（见美国专利US4283228）。但陶瓷的某些压电性能也随之下降。又如在PZT陶瓷中掺加少量低熔玻璃，可在960℃～1000℃下烧结，其性能不仅不降低而且还有所提高。这虽是压电陶瓷低温烧结技术一个突破（见中国专利8510051），但烧结温度还不够低。若制作独石型压电器件，仍需采用Pd-Ag合金做内电极。三元系比二元系压电陶瓷往往有更好的压电性能，对其低烧技术也开展了一些研究。例如，日本专利昭59-35124报导，用pb1-A^CdA（Ni_2/3Nb_2/3）_XTi_yZr_zO₃（PNN）为基料，添加少量MnO₂、WO₃、CdCO₃等氧化物，使烧结温度降低至1000℃～1150℃。但该专利采用的WO₃添加物，容易与CdO形成钨镉酸铅，减弱了Cd⁺²在基料中的置换改性和活化晶格的作用，这也许是它的烧成温度不能降得太低而仍需在1000℃以上的一个原因。

可见，迄今为止，有关压电陶瓷低温烧结技术的所有专利表明，要获得有较好性能的压电陶瓷，若用一般化工原料，其烧结温度至少都在960℃以上，而且都要密闭烧结以防止pbO挥发。

本发明的目的是研制一种烧结温度更低的压电陶瓷，它可以密闭烧结也可以敞开烧结，以期达到最大限度减少PbO的发挥，减轻环境污染，改善性能，简化工艺、提高工效的目的。这种压电陶瓷的性能会更好，并且在制作多层〈独石〉压电器件时，有可能用全Ag或其它贱金属代替价格昂贵的Pd-Ag合金，从而大幅度降低成本。

本发明的目的是这样实现的：本发明是一种超低温烧结铌镍锆钛酸铅（PNN）压电陶瓷，其基料组成为：

Pb_1-xCd_X（Ni_1/3Nb_2/3）_yZr_zTi_wO₃+q₁wt%MnO₂+q₂wt%SiO₂+q₃wt%Pb₃O₄

其中0.025≤x≥0.08，0.05≤y≤0.25，0≤z≤0.60，

0.10≤w≤0.80，y+z+w＝1，

0＜q₁≤1.0wt%0＜q₂≤1.0wt%0＜q₃≤4.0wt%

这种超低温烧结PNN压电陶瓷的制造工艺是：用普通化工原料二氧化锆（ZrO₂）、二氧化钛（TiO₃）、四氧化三铅（Pb₃O₄）、二氧化锰（MnO₂）、醋酸镍（Ni（C₂H₃OO）₂·4H₂O）或氧化镍（NiO）、碳酸镉（CdCO₃）或氧化镉（CdO）、二氧化硅（SiO₂），按上述化学式配料，混合磨细后过60～80目。经750℃～850℃予烧保温1～2小时，粉碎后磨细，过200目筛，获得瓷料。将这种瓷料干压成型为园片，将园片放在坩埚中密闭盖烧，也可以在炉中敞开烧成，烧成温度范围为840℃～1000℃，保温时间为1～4小时，也可在860℃～900℃内获得良好的压电性能。