一种具有改进的压电性能的压电陶瓷材料的制备方法

本发明是关于压电陶瓷，特别是关于一种具有改进的压电性能的压电陶瓷材料的制备方法。

背景技术：

1、压电陶瓷是一类具有压电特性的电子陶瓷材料。现有技术cn116477938a公开了一种钛酸钡基无铅压电陶瓷，该现有技术提出的钛酸钡基无铅压电陶瓷的成分为batio3·xtio2，x为0～0.005。该现有技术的压电系数大约在240-270左右，极化率(kp)可以达到0.46。本课题组希望通过磁控溅射的方式，对现有技术的钛酸钡基无铅压电陶瓷的性能进行进一步改进。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供了一种具有改进的压电性能的压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，方法包括：

2、提供压电陶瓷基材，其中，压电陶瓷基材的化学式为batio3·xtio2·yzro2；

3、在压电陶瓷基材上磁控溅射形成第一压电陶瓷层，其中，第一压电陶瓷层的化学式为batio3·atio2·bzro2；

4、在第一压电陶瓷层上磁控溅射形成第二压电陶瓷层，其中，第二压电陶瓷层的化学式为batio3·ctio2·dzro2；

5、在第二压电陶瓷层上磁控溅射形成第三压电陶瓷层，其中，第三压电陶瓷层的化学式为batio3·etio2·fzro2；

6、其中，x>a>c>e，并且其中，y<b<d<f。

7、在一优选的实施方式中，x＝0.005-0.006，a＝0.004-0.005，c＝0.003-0.004，e＝0.002-0.003，f＝0.005-0.006，d＝0.004-0.005，b＝0.003-0.004，y＝0.002-0.003。

8、在一优选的实施方式中，压电陶瓷基材的厚度为100-120微米，第一压电陶瓷层的厚度为20-25微米，第二压电陶瓷层的厚度为10-15微米，第三压电陶瓷层的厚度为20-25微米。

9、在一优选的实施方式中，在压电陶瓷基材上磁控溅射形成第一压电陶瓷层的具体工艺为：

10、溅射靶材为batio3·atio2·bzro2，溅射电源为射频电源，溅射电压为300-400v，溅射功率为100-150w，溅射温度为100-150℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30-40sccm。

11、在一优选的实施方式中，在第一压电陶瓷层上磁控溅射形成第二压电陶瓷层的具体工艺为：

12、溅射靶材为batio3·ctio2·dzro2，溅射电源为射频电源，溅射电压为100-200v，溅射功率为300-350w，溅射温度为100-150℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30-40sccm。

13、在一优选的实施方式中，在第二压电陶瓷层上磁控溅射形成第三压电陶瓷层的具体工艺为：

14、溅射靶材为batio3·etio2·fzro2，溅射电源为射频电源，溅射电压为300-400v，溅射功率为100-150w，溅射温度为100-150℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30-40sccm。

15、本发明提供了一种具有改进的压电性能的压电陶瓷，其特征在于，压电陶瓷由如下步骤形成：

16、提供压电陶瓷基材，其中，压电陶瓷基材的化学式为batio3·xtio2·yzro2；

17、在压电陶瓷基材上磁控溅射形成第一压电陶瓷层，其中，第一压电陶瓷层的化学式为batio3·atio2·bzro2；

18、在第一压电陶瓷层上磁控溅射形成第二压电陶瓷层，其中，第二压电陶瓷层的化学式为batio3·ctio2·dzro2；

19、在第二压电陶瓷层上磁控溅射形成第三压电陶瓷层，其中，第三压电陶瓷层的化学式为batio3·etio2·fzro2；

20、其中，x>a>c>e，并且其中，y<b<d<f。

21、在一优选的实施方式中，x＝0.005-0.006，a＝0.004-0.005，c＝0.003-0.004，e＝0.002-0.003，f＝0.005-0.006，d＝0.004-0.005，b＝0.003-0.004，y＝0.002-0.003。

22、在一优选的实施方式中，压电陶瓷基材的厚度为100-120微米，第一压电陶瓷层的厚度为20-25微米，第二压电陶瓷层的厚度为10-15微米，第三压电陶瓷层的厚度为20-25微米。

23、在一优选的实施方式中，在压电陶瓷基材上磁控溅射形成第一压电陶瓷层的具体工艺为：

24、溅射靶材为batio3·atio2·bzro2，溅射电源为射频电源，溅射电压为300-400v，溅射功率为100-150w，溅射温度为100-150℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30-40sccm；

25、其中，在第一压电陶瓷层上磁控溅射形成第二压电陶瓷层的具体工艺为：

26、溅射靶材为batio3·ctio2·dzro2，溅射电源为射频电源，溅射电压为100-200v，溅射功率为300-350w，溅射温度为100-150℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30-40sccm；

27、其中，在第二压电陶瓷层上磁控溅射形成第三压电陶瓷层的具体工艺为：

28、溅射靶材为batio3·etio2·fzro2，溅射电源为射频电源，溅射电压为300-400v，溅射功率为100-150w，溅射温度为100-150℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30-40sccm。

29、与现有技术相比，本发明具有如下优点，现有技术中的钛酸钡基无铅压电陶瓷是由烧结法制造的，但是烧结的陶瓷坯体内部缺陷较多，这导致烧结压电陶瓷不能发挥材料的全部压电性能。本发明提出的方法采用磁控溅射方法制备压电陶瓷，本发明制备的材料缺陷较少，性能相比于现有技术具有一定程度的提升。

技术特征：

1.一种具有改进的压电性能的压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，x＝0.005-0.006，a＝0.004-0.005，c＝0.003-0.004，e＝0.002-0.003，f＝0.005-0.006，d＝0.004-0.005，b＝0.003-0.004，y＝0.002-0.003。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述压电陶瓷基材的厚度为100-120微米，所述第一压电陶瓷层的厚度为20-25微米，所述第二压电陶瓷层的厚度为10-15微米，所述第三压电陶瓷层的厚度为20-25微米。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述压电陶瓷基材上磁控溅射形成第一压电陶瓷层的具体工艺为：

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述第一压电陶瓷层上磁控溅射形成第二压电陶瓷层的具体工艺为：

6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述第二压电陶瓷层上磁控溅射形成第三压电陶瓷层的具体工艺为：

7.一种具有改进的压电性能的压电陶瓷，其特征在于，所述压电陶瓷由如下步骤形成：

8.根据权利要求7所述的压电陶瓷，其中，x＝0.005-0.006，a＝0.004-0.005，c＝0.003-0.004，e＝0.002-0.003，f＝0.005-0.006，d＝0.004-0.005，b＝0.003-0.004，y＝0.002-0.003。

9.根据权利要求8所述的压电陶瓷，其中，所述压电陶瓷基材的厚度为100-120微米，所述第一压电陶瓷层的厚度为20-25微米，所述第二压电陶瓷层的厚度为10-15微米，所述第三压电陶瓷层的厚度为20-25微米。

10.根据权利要求9所述的压电陶瓷，其中，在所述压电陶瓷基材上磁控溅射形成第一压电陶瓷层的具体工艺为：

技术总结本发明提供了一种具有改进的压电性能的压电陶瓷材料的制备方法，方法包括：提供压电陶瓷基材，其中，压电陶瓷基材的化学式为BaTiO<subgt;3</subgt;·xTiO<subgt;2</subgt;·yZrO<subgt;2</subgt;；在压电陶瓷基材上磁控溅射形成第一压电陶瓷层，其中，第一压电陶瓷层的化学式为BaTiO<subgt;3</subgt;·aTiO<subgt;2</subgt;·bZrO<subgt;2</subgt;；在第一压电陶瓷层上磁控溅射形成第二压电陶瓷层，其中，第二压电陶瓷层的化学式为BaTiO<subgt;3</subgt;·cTiO<subgt;2</subgt;·dZrO<subgt;2</subgt;；在第二压电陶瓷层上磁控溅射形成第三压电陶瓷层，其中，第三压电陶瓷层的化学式为BaTiO<subgt;3</subgt;·eTiO<subgt;2</subgt;·fZrO<subgt;2</subgt;；其中，x>a>c>e，并且其中，y<b<d<f。技术研发人员：杨佳鑫,吴嘉俊,侯嘉兴,杨洪宇,欧云受保护的技术使用者：湖南科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2