專利名稱：一種低介電損耗壓電陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低介電損耗壓電陶瓷材料及其制備方法，屬壓電陶瓷領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，功率型壓電陶瓷的應(yīng)用日益廣泛。如近年來迅速發(fā)展的壓電馬達、壓電驅(qū)動器、壓電式振動給料器、各類壓電變壓器、大功率超聲焊接和超聲清洗以及應(yīng)用于國防的水聲換能器等，都是以高性能大功率壓電陶瓷材料為基礎(chǔ)的，這些應(yīng)用對壓電陶瓷材料提出了更高的要求(1)較高的機電耦合系數(shù)K及高機械品質(zhì)因數(shù)Qm；(2)低的電損耗和機械損耗；(3)能承受大的電功率，并具有優(yōu)良的性能穩(wěn)定性。目前國內(nèi)有的壓電陶瓷材料機械品質(zhì)因數(shù)Qm已達到2000以上，但其介電損耗還是比較高，tgδ＞0.20％。有的壓電陶瓷材料介電損耗比較低，但其機械品質(zhì)因數(shù)Qm大多在1000以下。在大功率下，陶瓷會發(fā)熱，性能降低，甚至失效，這要求介電損耗非常低，才能保證陶瓷換能器的長期穩(wěn)定使用。目前國內(nèi)還沒有機械品質(zhì)因數(shù)Qm＞1500，但同時其介電損耗tgδ＜0.14％的壓電陶瓷材料。為了滿足實際應(yīng)用提出的更高要求，我們對材料進行更加深入的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種機械品質(zhì)因數(shù)Qm＞1500，但同時其介電損耗tgδ＜0.10％的壓電陶瓷材料。
具體制備方法是以Pb3O4、TiO2、ZrO2、SrCO3、BaCO3、MnCO3、Fe2O3、Bi2O3為原料，按Pb1-xMex(ZryTi1-y)O3+zmol％添加物的化學(xué)計量稱量，用去離子水作為介質(zhì)，經(jīng)球磨混合6～8小時，然后700～900℃，1～4小時壓塊合成，再經(jīng)球磨細磨、烘干、加粘結(jié)劑、成型(成型壓力為150～200MPa)、排塑(600～900℃，0.5～3小時)、燒結(jié)(1200～1350℃/1～3小時)、冷加工、超聲清洗、上電極、極化(80～140℃，3～5kv/mm，10～20分鐘)、最后進行性能測試，即可得到供使用的壓電陶瓷元件。
本發(fā)明的效果在于獲得了一種介電損耗tgδ＝0.10％(小信號下測)，tgδ＝0.54％(400v/mm強場下測)，機械品質(zhì)因數(shù)Qm＞1900，壓電常數(shù)d33＝220pC/N的大功率壓電陶瓷材料。


具體實施例方式
下面以具體實施例說明本發(fā)明，但不僅局限于實施例。
以Pb3O4(工業(yè)純)、TiO2(電容器規(guī)格)、ZrO2(工業(yè)純)、SrCO3(工業(yè)純)、BaCO3(工業(yè)純)、MnCO3(工業(yè)純)、Fe2O3(化學(xué)純)、Bi2O3(化學(xué)純)為原料，按Pb1-xMex(ZryTi1-y)O3+zmol％添加物的化學(xué)計量稱量，這里取Me為Sr，添加物為MnO2，當(dāng)x＝0.06，0.05，0.005，0.05，0.05，0.05，y＝0.53，0.53，0.52，0.52，0.52，0.52，z＝0.0，1.0，0.0，0.8，1.0，1.2分別進行配料，用去離子水作為介質(zhì)，經(jīng)球磨混合6～8小時，然后850℃/2小時壓塊合成，再經(jīng)球磨細磨、烘干、加粘結(jié)劑、成型(成型壓力為180MPa)、排塑(800℃/1小時)、燒結(jié)1250℃/2小時)、冷加工、超聲清洗、上電極、極化120℃，4kv/mm，15分鐘)、最后進行性能測試，即可得到供使用的壓電陶瓷元件。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較可見表1，本實施例的配方及結(jié)果可見表2。
表1

a.李全祿.大功率聲電轉(zhuǎn)換材料的研究及其應(yīng)用.聲學(xué)技術(shù)，17卷1期(1998)P26b.秦天，李龍土，桂治輪 低損耗、高Qm值Pb(Nb2/3Mn1/3)O3-Pb(Pb2/3Mn1/3)O3-PZT材料 壓電與聲光，Vol.23 No.4 Aug.2001P296
表2

權(quán)利要求
1.一種低介電損耗壓電陶瓷材料，其特征在于其組成為Pb1-xMex(ZryTi1-y)O3+zmol％添加物，其中x＝0.0～0.10；y＝0.50～0.54；z＝0.01～2。
2.按權(quán)利要求1一種低介電損耗壓電陶瓷材料，其特征在于所述的Me為Sr或Ba或Sr和Ba的復(fù)合。
3.按權(quán)利要求1一種低介電損耗壓電陶瓷材料，其特征在于所述的添加物為MnO2、CaFeO3、BiFeO3和Li2O中的一種或幾種復(fù)合。
4.按權(quán)利要求1或2或3所述的一種低介電損耗壓電陶瓷材料的制備方法，包括合成、燒結(jié)、極化等工藝步驟，其特征在于(1)合成步驟為700～900℃，1～4小時壓塊合成；(2)極化條件為溫度80～140℃，電壓3～5KV/mm，時間10～20分鐘。
5.按權(quán)利要求4所述的一種低介電損耗壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述的燒結(jié)步驟工藝條件為溫度為1200～1350℃，保溫1～3小時。
全文摘要
一種低介電損耗壓電陶瓷材料及其制備方法，屬于壓電陶瓷領(lǐng)域。其特征在于材料的組成為Pb
文檔編號C04B35/491GK1781874SQ20041008907
公開日2006年6月7日 申請日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者李玉臣, 姚烈, 董顯林 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所