一种锆钛酸铅压电陶瓷材料及其制备方法与流程

本发明涉及压电陶瓷材料领域，具体为一种锆钛酸铅压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

1、锆钛酸铅(pzt)是一种压电陶瓷材料，能够将机械能和电能互相转换。为获得更高性能的pzt压电陶瓷，可对pzt进行掺杂改性，形成多元系的压电陶瓷，其被广泛应用于压电发声器件、压电散热器、超声清洗、超声换能器和压电致动器等，并在医疗、航空、智能传感、船舶以及民用等各个领域得到越来越多的运用。其中，民用领域最为广泛，主要集中在压电电声、超声振动等器件上。随着智能家居的发展，对pzt压电陶瓷的压电电声、超声振动等器件的性能要求也越来越苛刻，从而要求pzt压电陶瓷具有更佳的电学性能。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种锆钛酸铅压电陶瓷材料及其制备方法。

2、所采用的技术方案如下：

3、一种锆钛酸铅压电陶瓷材料，其化学通式如下：

4、pb(1-x-y)srxagy[(zrmti1-m)1-q-z(ninnb1-n)q(fepw1-p)z]o3+αwt％a+βwt％b

5、x、y、m、n、p、q、z为摩尔比；

6、x为0.05-0.3；

7、y为0.0001-0.001；

8、q为0.01-0.15；

9、z为0.01-0.15；

10、m为0.2-0.6；

11、n为0.2-0.6；

12、p为0.5-0.8；

13、α为1-10；

14、β为1-10；

15、a为过渡金属氧化物；

16、b为lamno3和/或cemno3。

17、进一步地，x为0.1-0.2，y为0.0003-0.0006。

18、进一步地，x为0.15，y为0.0005。

19、进一步地，q为0.02-0.1，z为0.03-0.08。

20、进一步地，q为0.1，z为0.05。

21、进一步地，m为0.45-0.55，n为0.3-0.4，p为0.5-0.8。

22、进一步地，m为0.5，n为0.33，p为0.67。

23、进一步地，α为5，β为2.5。

24、进一步地，a为cuo和/或zno。

25、本发明还提供了一种锆钛酸铅压电陶瓷材料的制备方法：

26、将以pb3o4、srco3、ag2o、zro2、tio2、nio、nb2o5、fe2o3、wo3、a和b为原料，混合均匀后球磨，所得混合粉料800-900℃预烧1-2h再二次球磨后造粒、压制成型，所得生片先600-700℃低温排胶1-2h后再1050-1150℃烧结1-3h，最后炉冷至室温即可。

27、本发明的有益效果：

28、本发明提供了一种锆钛酸铅压电陶瓷材料，都是通过掺杂改性、优化制备工艺、改变多元系压电陶瓷组分等方式来提升压电陶瓷材料的综合电学性能，由于ag的离子半径较sr离子和pb离子半径都大，会使晶体的晶格畸变加剧，提高压电性，另一方面ag以a位掺杂的形式置换pb2+，引起晶格扭曲和相结构转变，可以有效抑制晶粒过度生长，更好促进晶粒发育，使陶瓷材料的结构更加均匀致密；

29、增加pnn组元，可以适当降低多元系压电陶瓷的烧结温度，改善压电介电性能，pfw组元能够调控陶瓷的晶型，抑制晶粒过度生长，促进陶瓷材料结构的致密化；

30、过渡金属氧化物和稀土锰化物可以与烧结物形成固溶体，将使晶格畸变而得到活化，可降低烧结温度，促进烧结，还能抑制晶粒异常长大，促进致密化进程；

31、本发明所制备的锆钛酸铅压电陶瓷材料具有良好的压电性能，其中，压电常数d33≥752pc/n，机电耦合系数kp≥0.70，机械品质因数qm≥644，介电损耗tanδ≤1.13％。

技术特征：

1.一种锆钛酸铅压电陶瓷材料，其特征在于，其化学通式如下：

2.如权利要求1所述的锆钛酸铅压电陶瓷材料，其特征在于，x为0.1-0.2，y为0.0003-0.0006。

3.如权利要求1所述的锆钛酸铅压电陶瓷材料，其特征在于，x为0.15，y为0.0005。

4.如权利要求1所述的锆钛酸铅压电陶瓷材料，其特征在于，q为0.02-0.1，z为0.03-0.08。

5.如权利要求1所述的锆钛酸铅压电陶瓷材料，其特征在于，q为0.1，z为0.05。

6.如权利要求1所述的锆钛酸铅压电陶瓷材料，其特征在于，m为0.45-0.55，n为0.3-0.4，p为0.5-0.8。

7.如权利要求1所述的锆钛酸铅压电陶瓷材料，其特征在于，m为0.5，n为0.33，p为0.67。

8.如权利要求1所述的锆钛酸铅压电陶瓷材料，其特征在于，α为5，β为2.5。

9.如权利要求1所述的锆钛酸铅压电陶瓷材料，其特征在于，a为cuo和/或zno。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的锆钛酸铅压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，将以pb3o4、srco3、ag2o、zro2、tio2、nio、nb2o5、fe2o3、wo3、a和b为原料，混合均匀后球磨，所得混合粉料800-900℃预烧1-2h再二次球磨后造粒、压制成型，所得生片先600-700℃低温排胶1-2h后再1050-1150℃烧结1-3h，最后炉冷至室温即可。

技术总结本发明涉及压电陶瓷材料领域，具体为一种锆钛酸铅压电陶瓷材料及其制备方法，其化学通式如下：Pb<subgt;(1‑x‑y)</subgt;Sr<subgt;x</subgt;Ag<subgt;y</subgt;[(Zr<subgt;m</subgt;Ti<subgt;1‑m</subgt;)<subgt;1‑q‑z</subgt;(Ni<subgt;n</subgt;Nb<subgt;1‑n</subgt;)<subgt;q</subgt;(Fe<subgt;p</subgt;W<subgt;1‑p</subgt;)<subgt;z</subgt;]O<subgt;3</subgt;+αwt％A+βwt％Bx、y、m、n、p、q、z为摩尔比；x为0.05‑0.3；y为0.0001‑0.001；q为0.01‑0.15；z为0.01‑0.15；m为0.2‑0.6；n为0.2‑0.6；p为0.5‑0.8；α为1‑10；β为1‑10；A为过渡金属氧化物；B为LaMnO<subgt;3</subgt;和/或CeMnO<subgt;3</subgt;；本发明所制备的锆钛酸铅压电陶瓷材料具有良好的压电性能，其中，压电常数d<subgt;33</subgt;≥752pC/N，机电耦合系数k<subgt;p</subgt;≥0.70，机械品质因数Q<subgt;m</subgt;≥644，介电损耗tanδ≤1.13％。技术研发人员：贺亦文,方豪杰,张晓云,张国秀,曾雄,李明晓受保护的技术使用者：湖南省美程陶瓷科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27