專利名稱：一種采用納米Al₂O₃晶須增韌的高壓電特性的陶瓷材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用納米Al2O3晶須增韌的高壓電 特性的陶瓷材料及制備方法。
背景技術(shù)：
目前，壓電陶瓷材料的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，主要包括壓電驅(qū)動(dòng)元件、超聲換能、紡織機(jī) 械和醫(yī)用成像檢測(cè)等。隨著這些領(lǐng)域技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)的壓電陶瓷材料的壓電常數(shù) 提出了更高的要求，特別是一些利用壓電陶瓷電致伸縮特性的換能器。因?yàn)閴弘姵?shù)越高， 相同電壓驅(qū)動(dòng)下的的電致伸縮幅度越大，它便于降低換能器的驅(qū)動(dòng)電壓，減少功耗，并可以 縮小換能器的設(shè)計(jì)尺寸。同時(shí)，應(yīng)用于電致伸縮特性的壓電陶瓷材料，必須具有優(yōu)良的機(jī)械 韌性，才能承受高頻率下的機(jī)電轉(zhuǎn)換。因此，開發(fā)具備優(yōu)良斷裂韌性的高壓電性能的壓電陶 瓷材料，方能兼顧壓電換能器的優(yōu)異性能和產(chǎn)品可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種采用納米Al2O3 晶須增韌的高壓電特性的陶瓷材料，以使其能夠滿足壓電驅(qū)動(dòng)元件、超聲換能、紡織機(jī)械和 醫(yī)用成像檢測(cè)等領(lǐng)域的使用需求。本發(fā)明的另一目的就是提供一種制備上述壓電陶瓷材料 的方法。技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種采用納米Al2O3晶須增韌的高壓電特性的陶瓷材料，所述壓電陶瓷材料的組分 為Pb1IvBiiuCav (Mg1/3Nb2/3)xTiy&z03+awt% Sm203+bwt%Cr203+cwt% Al2O3 (晶須)；其中， u=0 0. 1，ν=0 0. 1，χ=0. 2 0. 4,y=0. 2 0. 4，z=0. 2 0. 4,x+y+z=l, a=0. 05 0. 5，b=0. 05 0. 3， c=0. ΟΓΟ. 2。優(yōu)選，高壓電特性的壓電陶瓷材料組分為=Pba9BEiaci7Qiaci3(Mg1Z3Nlv3)a3Tia35Zra35 03+0. 3wt%Sm203+0. lwt%Cr203+0. 05wt%Al203 (晶須)。優(yōu)選，高壓電特性的壓電陶瓷材料組分為PbQ.92B￡iaC12(Mg1Z3Nlv3)a JiuJra2 603+0. 4wt%Sm203+0. lwt%Cr203+0. 05wt%Al203 (晶須)。組分中用于增韌的納米Al2O3晶須的直徑為5 lOnm，長(zhǎng)為200 300歷。一種制備高壓電特性的壓電陶瓷材料的方法，將化學(xué)純的此304、BaC03> CaC03、 MgCO3>Nb2O5^ZrO2, TiO2,Sm2O3> Cr2O3和Al2O3按配方配制，采用濕式球磨法混合8h，烘干后 壓塊合成，合成溫度為75(T800°C，保溫2 3h，粉碎細(xì)磨3、h，細(xì)磨后的漿料中加入PVA，然 后噴霧造粒，再壓制成型，成型壓力1600kg/cm2，最后在123(TU80°C燒結(jié)纊3 h，極化溫度 90 0C，極化電壓3500v/mm,時(shí)間不少于8分鐘。所述濕式球磨時(shí)溶劑為水，球磨介質(zhì)為氧化鋯球。所述的PVA的用量為0. 5 1. 2wt%。
有益效果與現(xiàn)有的壓電陶瓷材料相比，本發(fā)明的高壓電特性的壓電陶瓷材料，d33 可高達(dá)865pc/N，斷裂韌性1.76 MPa. (m) V2，介電常數(shù)高達(dá)5580 ；能夠滿足壓電驅(qū)動(dòng)元件、 超聲換能、紡織機(jī)械和醫(yī)用成像檢測(cè)等領(lǐng)域的使用需求。本發(fā)明的高壓電特性的壓電陶瓷 材料的制備方法，步驟少，方法簡(jiǎn)單，制備出的壓電陶瓷材料機(jī)械性能好。特別適合批量生產(chǎn)。


附圖是本發(fā)明的壓電陶瓷粉料的電鏡照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋。實(shí)施例1
一種高壓電特性的壓電陶瓷材料，包括以下各組分為PbQ. 9Ba0.07Ca0.03 (Mg1/3Nb2/3) 0.3Ti0. 35Zr0.3503+0 . 3wt%Sm203+0. lwt%Cr203+0. 05wt%Al203 (晶須)。高壓電特性的壓電陶瓷材料的制備方法
(1)將化學(xué)純的 Pb304、BaCO3> CaCO3> MgCO3> Nb2O5, ZrO2, TiO2, Sm2O3> Cr2O3 和 Al2O3 按上 述配方稱量好，加入等量的去離子水，采用濕式球磨法混合8h，使每個(gè)組分混合均勻，烘干 使含水量控制在8% (質(zhì)量比)左右，控溫75(T80(TC壓塊合成，保溫2 3h。(2)用攪拌磨球磨粉碎細(xì)磨3、h，使粉料中的粒徑在0. 5^1. 0微米左右，細(xì)磨后 的漿料中加入0. 5^1. 2wt%的PVA粘結(jié)劑，噴霧造粒，成型壓力1600kg/cm2，壓制成型。(3)排塑溫度70(T800°C，時(shí)間廣2小時(shí)，燒成爐控溫1230 1觀0，燒結(jié)2 3 h。(4)極化溫度90°C，極化電壓3500v/mm，極化時(shí)間不少于8分鐘。所制得的高壓電特性的壓電陶瓷材料的主要物理性能列于圖2。如圖1所示，為本 發(fā)明的壓電陶瓷粉料的電鏡照片。實(shí)施例2
一種高壓電特性的壓電陶瓷材料，包括以下各組分為PbQ. 92Ba0.06Ca0.02 (Mg1/3Nb2/3) 0.38Ti ο. 36Zr0.2603+0. 4wt%Sm203+0. lwt%Cr203+0. 05wt%Al203 (晶須)。高壓電特性的壓電陶瓷材料的制備方法
(1)將化學(xué)純的 Pb304、BaCO3> CaCO3> MgCO3> Nb2O5, ZrO2, TiO2, Sm2O3> Cr2O3 和 Al2O3 按上 述配方稱量好，加入等量的去離子水，采用濕式球磨法混合8h，使每個(gè)組分混合均勻，烘干 使含水量控制在8% (質(zhì)量比)左右，控溫75(T80(TC壓塊合成，保溫2 3h。(2)用攪拌磨球磨粉碎細(xì)磨3飛h，使粉料中的粒徑在0. 5^1. 0微米左右，細(xì)磨后的 漿料中加入0. 5^1. 2wt%的PVA粘結(jié)劑，噴霧造粒，成型壓力1600kg/cm2，壓制成型。(3)排塑溫度70(T80(TC，時(shí)間廣2小時(shí)，燒成爐控溫123(TU80°C，燒結(jié)2 3 h。(4)極化溫度90°C，極化電壓3500v/mm，極化時(shí)間不少于8分鐘。所制得的高壓電特性的壓電陶瓷材料的主要物理性能列于圖2。實(shí)施例3
一種高壓電特性的壓電陶瓷材料，包括以下各組分為=Pb(MAz3Mv3)a2Tia4Zra4OJO-O 5wt% Sm203+0. 3wt%Cr203+0. 2wt% Al2O3 (晶須)。
高壓電特性的壓電陶瓷材料的制備方法
(1)將化學(xué)純的 Pb304、BaCO3> CaCO3> MgCO3> Nb2O5, ZrO2, TiO2, Sm2O3> Cr2O3 和 Al2O3 按 上述配方稱量好，加入等量的去離子水，采用濕式球磨法混合他，使個(gè)組分混合均勻，烘干 使含水量控制在8% (質(zhì)量比)左右，控溫75(T80(TC壓塊合成，保溫2 3h。(2)用攪拌磨球磨粉碎細(xì)磨3、h，使粉料中的粒徑在0. 5^1. 0微米左右，細(xì)磨后 的漿料中加入0. 5^1. 2wt%的PVA粘結(jié)劑，噴霧造粒，成型壓力1600kg/cm2，壓制成型。(3)排塑溫度70(T80(TC，時(shí)間廣2小時(shí)，燒成爐控溫123(TU80°C，燒結(jié)2 3 h。(4)極化溫度90°C，極化電壓3500v/mm，極化時(shí)間不少于8分鐘。所制得的高壓電特性的壓電陶瓷材料的主要物理性能列于圖2。實(shí)施例4
一種高壓電特性的壓電陶瓷材料，包括以下各組分為Pba 91Ba0.05Ca0.04 (Mg1/3Nb2/3) 0.4Ti0 .4Zr0 203+0. 2wt%Sm203+0. 2wt%Cr203+0. lwt%Al203 ； 高壓電特性的壓電陶瓷材料的制備方法
(1)將化學(xué)純的 Pb304、BaCO3> CaCO3> MgCO3> Nb2O5, ZrO2, TiO2, Sm2O3> Cr2O3 和 Al2O3 按 上述配方稱量好，加入等量的去離子水，采用濕式球磨法混合他，使個(gè)組分混合均勻，烘干 使含水量控制在8% (質(zhì)量比)左右，控溫75(T80(TC壓塊合成，保溫2 3h。(2)用攪拌磨球磨粉碎細(xì)磨3、h，使粉料中的粒徑在0. 5^1. 0微米左右，細(xì)磨后 的漿料中加入0. 5^1. 2wt%的PVA粘結(jié)劑，噴霧造粒，成型壓力1600kg/cm2，壓制成型。(3)排塑溫度70(T80(TC，時(shí)間廣2小時(shí)，燒成爐控溫123(TU80°C，燒結(jié)2 3 h。(4)極化溫度90°C，極化電壓3500v/mm，極化時(shí)間不少于8分鐘。所制得的高壓電特性的壓電陶瓷材料的主要物理性能列于圖2。以上實(shí)施例未提及的操作步驟、操作條件和測(cè)試方法，均為行業(yè)內(nèi)常用的技術(shù)手 段。
權(quán)利要求
1.一種采用納米Al2O3晶須增韌的高壓電特性的陶瓷材料，其特征在于所述壓電陶 瓷材料的組分為=Pb1-U-VBEiuCav(Mg1Z3Nb2Z3)xTiJrzO3 + awt% Sm203+bwt%Cr203+cwt% Al2O3 (晶 須)；其中，u=0 0. 1，v=0 0. 1，x=0. 2 0. 4，y=0. 2 0. 4，z=0. 2 0. 4，x+y+z=l, a=0. 05 0. 5， b=0. 05 0. 3，c=0. ΟΓΟ. 2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米Al2O3晶須增韌的高壓電特性的陶瓷材料，其特征 在于所述壓電陶瓷材料的組分為=Pba9BEtaci7Qiaci3(Mgv3Nb2Z3)a3Tia35Zra35O^O. 3wt%Sm203 +0. lwt%Cr203+0. 05wt% Al2O3 (晶須)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米Al2O3晶須增韌的高壓電特性的陶瓷材料，其特征 在于所述壓電陶瓷材料的組分為=Pba92BEiaci6Qiaci2(MAZ3Nb2Z3)a38Tia36Zra26O^O. 4wt%Sm203 +0. lwt%Cr203+0. 05wt% Al2O3 (晶須)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用納米Al2O3晶須增韌的高壓電特性的陶瓷材料，其特征 在于組分中Al2O3晶須的直徑為5 lOnm，長(zhǎng)為20(T300nm。
5.一種制備權(quán)利要求1所述的采用納米Al2O3晶須增韌的高壓電特性的陶瓷材料的方 法，其特征在于將化學(xué)純的 Pb3O4, BaCO3> CaCO3> MgCO3> Nb2O5, ZrO2, TiO2, Sm2O3> Cr2O3 和 Al2O3按配方配制，采用濕式球磨法混合他，烘干后壓塊合成，合成溫度為75(T80(TC，保溫 2 3h，粉碎細(xì)磨;Γ5 h，細(xì)磨后的漿料中加入PVA，然后噴霧造粒，再壓制成型，在70(T80(TC 的窯爐中排塑，最后在123(TU80°C中燒結(jié)2 3 h。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備采用納米Al2O3晶須增韌的高壓電特性的陶瓷材料的方 法，其特征在于所述濕式球磨時(shí)溶劑為水，球磨介質(zhì)為氧化鋯球。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備采用納米Al2O3晶須增韌的高壓電特性的陶瓷材料的方 法，其特征在于所述的PVA的用量為0. 5^1. 2wt%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用納米Al2O3晶須增韌的高壓電特性的陶瓷材料及制備方法。所述的采用納米Al2O3晶須增韌的高壓電特性的陶瓷材料的配方組成為Pb1-u-vBauCav(Mg1/3Nb2/3)xTiyZrzO3+awt%Sm2O3+bwt%Cr2O3+cwt%Al2O3(晶須)，其中u=0~0.1，v=0~0.1，x=0.2~0.4，y=0.2~0.4，z=0.2-0.4，x+y+z=1，a=0.05~0.5，b=0.05~0.3，c=0.01~0.2。所述材料介電常數(shù)e>5000,壓電系數(shù)d33>800pC/N,斷裂韌性1.76MPa.(m)1/2,機(jī)械品質(zhì)因子Qm=40~65。所述的制備方法主要包括:配料、混合、壓塊、合成、粉碎細(xì)磨、噴霧造粒、成型、排塑、燒結(jié)，上電極、極化、性能測(cè)試。該材料具有優(yōu)良的機(jī)械韌性，可在壓電驅(qū)動(dòng)元件、超聲換能、紡織機(jī)械、醫(yī)用成像檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C04B35/81GK102093067SQ20101058601
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者夏勇, 張偉東, 賀連星, 黃玉喜 申請(qǐng)人:江蘇聯(lián)能電子技術(shù)有限公司