本發(fā)明涉及無機(jī)非金屬材料，尤其涉及一種壓電陶瓷材料及其制備方法、壓電器件。

背景技術(shù)：

1、壓電陶瓷材料是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，其中pzt基壓電陶瓷因具有制造方便、成本低廉、電性能優(yōu)異、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中仍占主導(dǎo)地位。隨著消費(fèi)電子、智能家居和汽車領(lǐng)域的高速發(fā)展，對壓電陶瓷提出了新的要求，壓電陶瓷在聲學(xué)補(bǔ)償、觸控按壓、馬達(dá)等領(lǐng)域有的新的應(yīng)用。

2、壓電陶瓷材料的高壓電性能、低燒結(jié)溫度和高居里溫度三者之間是互相矛盾的，通常在降低燒結(jié)溫度的時(shí)候性能通常隨之降低，居里溫度高的材料壓電系數(shù)通常低一些。如何在保證壓電性能的前提下，使居里溫度和燒結(jié)溫度滿足工藝使用需求和生產(chǎn)需求非常重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種壓電陶瓷材料及其制備方法、壓電器件，旨在解決現(xiàn)有的壓電材料難以兼顧高壓電性能、低燒結(jié)溫度和高居里溫度的技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種壓電陶瓷材料，化學(xué)組成為：(1-a-b)pb(zr0.5ti0.5)o3-bpb(zn1/3nb2/3)o3-apb(ni1/3nb2/3)o3+xwt％m+ywt％zno；

3、其中，(1-a-b)pb(zr0.5ti0.5)o3-b?pb(zn1/3nb2/3)o3-apb(ni1/3nb2/3)o3表示陶瓷基體；

4、a表示pb(ni1/3nb2/3)o3在所述陶瓷基體中的摩爾分?jǐn)?shù)，0.04≤a≤0.08；

5、b表示pb(zn1/3nb2/3)o3在所述陶瓷基體中的摩爾分?jǐn)?shù)，0.08≤b≤0.12；

6、m為燒結(jié)助劑，x表示燒結(jié)助劑m占所述陶瓷基體質(zhì)量的質(zhì)量百分比，0≤x≤1；

7、y表示zno占所述陶瓷基體質(zhì)量的質(zhì)量百分比，0≤y≤1。

8、在一實(shí)施例中，所述x、y滿足0＜x+y≤1。

9、在一實(shí)施例中，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，所述燒結(jié)助劑m包括50-70份bi2o3、10-30份sb2o3、5-10份li2co3、3-8份b2o3和2-7份zno。

10、在一實(shí)施例中，將所述壓電陶瓷材料在850-950℃的溫度下燒結(jié)制成試樣，在120℃和3kv/mm的極化條件下對所述試樣進(jìn)行極化處理，所述試樣的壓電系數(shù)d33>480pc/n。

11、在一實(shí)施例中，將所述壓電陶瓷材料在850-950℃的溫度下燒結(jié)制成試樣，在120℃和3kv/mm的極化條件下對所述試樣進(jìn)行極化處理，所述試樣的居里溫度tc≥300℃。

12、此外，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種壓電陶瓷材料的制備方法，用于制備如上文所述的壓電陶瓷材料，所述方法包括：

13、根據(jù)化學(xué)組成稱量陶瓷基體原料，混合后得到混合物料；

14、對所述混合物料進(jìn)行預(yù)燒處理，得到合成物料；

15、取燒結(jié)助劑m和/或zno原料，與所述合成物料混合研磨，得到壓電陶瓷材料。

16、在一實(shí)施例中，所述燒結(jié)助劑采用以下步驟制備得到：

17、將燒結(jié)助劑原料混合均勻，依次經(jīng)熔融、冷卻、粉碎、細(xì)磨后得到燒結(jié)助劑m。

18、在一實(shí)施例中，所述熔融的溫度為1150-1250℃。

19、在一實(shí)施例中，所述預(yù)燒溫度為800-850℃；和/或，所述預(yù)燒處理的保溫時(shí)間為2-4h。

20、此外，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種壓電器件，所述壓電器件包括如上文所述的壓電陶瓷材料。

21、本發(fā)明提供的壓電陶瓷材料，其化學(xué)組成為(1-a-b)pb(zr0.5ti0.5)o3-bpb(zn1/3nb2/3)o3-apb(ni1/3nb2/3)o3+xwt％m+ywt％zno，在pzt基陶瓷的基礎(chǔ)上，通過zn、ni、nb的復(fù)合摻雜構(gòu)建了四元系壓電陶瓷體系，形成具有復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的弛豫鐵電體，與普通鐵電體相比，弛豫鐵電體表現(xiàn)為彌散相變和頻率色散特征，彌散相變引起較低的電容變化率，使該pzt基陶瓷的壓電性能得到非常大的改善，另外控制pzn和pnn的添加量，使居里溫度的降低不明顯，通過燒結(jié)助劑m和zno的添加，可以有效降低燒結(jié)溫度，故壓電陶瓷材料可以在較低溫度下進(jìn)行產(chǎn)品燒結(jié)，同時(shí)具有優(yōu)異的壓電性能和較高的居里溫度。

技術(shù)特征：

1.一種壓電陶瓷材料，其特征在于，所述壓電陶瓷材料的化學(xué)組成為：(1-a-b)pb(zr0.5ti0.5)o3-bpb(zn1/3nb2/3)o3-apb(ni1/3nb2/3)o3+xwt％m+ywt％zno；

2.如權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷材料，其特征在于，所述x、y滿足0＜x+y≤1。

3.如權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷材料，其特征在于，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，所述燒結(jié)助劑m包括50-70份bi2o3、10-30份sb2o3、5-10份li2co3、3-8份b2o3和2-7份zno。

4.如權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷材料，其特征在于，將所述壓電陶瓷材料在850-950℃的溫度下燒結(jié)制成試樣，在120℃和3kv/mm的極化條件下對所述試樣進(jìn)行極化處理，所述試樣的壓電系數(shù)d33>480pc/n。

5.如權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷材料，其特征在于，將所述壓電陶瓷材料在850-950℃的溫度下燒結(jié)制成試樣，在120℃和3kv/mm的極化條件下對所述試樣進(jìn)行極化處理，所述試樣的居里溫度tc≥300℃。

6.一種壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于，用于制備如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的壓電陶瓷材料，所述方法包括：

7.如權(quán)利要求6所述的壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)助劑采用以下步驟制備得到：

8.如權(quán)利要求7所述的壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述熔融的溫度為1150-1250℃。

9.如權(quán)利要求6所述的壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述預(yù)燒處理的溫度為800-850℃；和/或，所述預(yù)燒處理的保溫時(shí)間為2-4h。

10.一種壓電器件，其特征在于，所述壓電器件中包括如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的壓電陶瓷材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種壓電陶瓷材料及其制備方法、壓電器件，屬于無機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，化學(xué)組成為：(1?a?b)Pb(Zr<subgt;0.5</subgt;Ti<subgt;0.5</subgt;)O<subgt;3</subgt;?bPb(Zn<subgt;1/</subgt;<subgt;3</subgt;Nb<subgt;2/3</subgt;)O<subgt;3</subgt;?aPb(Ni<subgt;1/3</subgt;Nb<subgt;2/3</subgt;)O<subgt;3</subgt;+xwt％M+ywt％ZnO；其中，0.04≤a≤0.08；0.08≤b≤0.12；M為燒結(jié)助劑，x表示燒結(jié)助劑M占所述陶瓷基體質(zhì)量的質(zhì)量百分比，0≤x≤1；y表示ZnO占所述陶瓷基體質(zhì)量的質(zhì)量百分比，0≤y≤1。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了兼顧高壓電性能、低燒結(jié)溫度和高居里溫度的技術(shù)效果。

技術(shù)研發(fā)人員：楊月霞,俞勝平,馬學(xué)志,高洪偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：榮成歌爾微電子有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6