本發(fā)明涉及壓電陶瓷材料，特別是涉及用于制造高溫壓電陶瓷傳感器的介電陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
壓電材料由于其壓電效應，可以實現(xiàn)電能與機械能之間的相互轉(zhuǎn)換，廣泛應用于醫(yī)療、通信、探測、雷達和家電等領(lǐng)域。隨著科技的快速發(fā)展和應用的實際需求，對壓電材料的使用溫度提出了更高的要求，比如，在汽車工業(yè)中應用的壓電材料的工作溫度可以達到500～700℃；而在核反應堆中使用的壓電材料工作溫度會達到1200℃。這些高溫領(lǐng)域的應用，對材料的性能提出了更高的要求，推動了高溫壓電材料的發(fā)展。高溫壓電材料，比如鈮酸鋰單晶，鉍層狀結(jié)構(gòu)陶瓷材料，已廣泛應用于航空航天、核能、冶金、石油化工、地質(zhì)勘探等許多特殊領(lǐng)域。
近年來，國內(nèi)外研究小組主要的研究工作側(cè)重于對具有高居里溫度的材料體系的探索與開發(fā)。根據(jù)材料結(jié)構(gòu)的不同，大致可以分為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)體系，堿金屬鈮酸鹽體系，鉍層狀結(jié)構(gòu)體系和鎢青銅結(jié)構(gòu)體系。其居里溫度一般都在900℃以下，由于結(jié)構(gòu)相變、熱激活老化和高溫成分不穩(wěn)定等因素，這些材料的安全使用溫度被限制在居里溫度的1/2處，遠遠不能滿足航空航天等超高溫領(lǐng)域的特殊需求。比如，以鈮酸鋰單晶做成的加速度傳感器最高使用溫度可以達到760℃，重點應用于飛機燃氣渦輪機的振動測試。然而，linbo3單晶材料的生產(chǎn)工藝復雜，價格極其昂貴。因此，超高溫壓電陶瓷的研究和開發(fā)顯得尤為重要。
在探索與開發(fā)新型超高居里溫度壓電陶瓷的過程中，具有通式anbno3n+2的層狀類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料(比如，sr2nb2o7的居里溫度tc～1340℃，la2ti2o7的居里溫度tc～1460℃)具有超高居里溫度和壓電性能的溫度穩(wěn)定性，得到了廣泛關(guān)注與研究。在通式anbno3n+2中，n代表鈣鈦礦層中bo6八面體的個數(shù)，也是鈣鈦礦層的厚度結(jié)構(gòu)的多樣性，n的取值范圍可以從2到7。根據(jù)n取值的不同，anbno3n+2的結(jié)構(gòu)不同，而且會結(jié)晶成不同的空間群。另外，這類材料的成分可調(diào)性非常高，在滿足電價平衡的條件下，a、b位的離子可以進行多種組合。我們在該體系中對n取值為3的la2o3-tio2-nb2o5三元體系的化合物進行了合成探索和壓電性能的研究，發(fā)現(xiàn)la3ti2nbo11的合成容易，而且具有好的超高居里溫度和較好的壓電活性，具有極大的潛力應用于高溫傳感器。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種具有織構(gòu)結(jié)構(gòu)的高居里溫度壓電陶瓷材料及其制備方法。
本發(fā)明的高居里溫度壓電陶瓷材料的化學組成為la3ti2nbo11。
本壓電陶瓷材料的制備方法步驟為：
(1)將純度為99.9％(重量百分比)以上的la2o3，tio2和nb2o5的原始粉末按la3ti2nbo11的組成稱量配料；
(2)將步驟(1)原料濕式球磨混合4小時，球磨介質(zhì)為無水乙醇，烘干后在1200℃大氣氣氛中預燒4小時；
(3)將步驟(2)制得的粉末放入直徑為20mm的石墨模具中，并施加25kn壓力(80mpa)壓實，在燒結(jié)溫度為1300℃的真空氣氛中燒結(jié)3min，其中升溫速率和降溫速率均為100℃/min；
(4)將步驟(3)獲得的20mm陶瓷放入30mm石墨模具中并施加16kn壓力(80mpa)，在燒結(jié)溫度為1350-1400℃的真空氣氛中燒結(jié)3min，其中升溫速率和降溫速率均為100℃/min；
(5)將步驟(4)獲得的30mm陶瓷樣品在1250℃大氣氣氛中退火處理20h。
本發(fā)明的優(yōu)點：la3ti2nbo11陶瓷燒結(jié)良好，具有高致密度和高織構(gòu)化，其居里溫度tc值高達1420-1450℃，壓電系數(shù)d33＝0.2-1.1pc/n，可用于高溫傳感器等器件的制造，在工業(yè)上有著潛在的應用價值。
具體實施方式
實施例：
表1示出了構(gòu)成本發(fā)明的不同燒結(jié)溫度的3個具體實施例及其居里溫度和室溫壓電系數(shù)。其制備方法如上所述，使用zj-3a型準靜態(tài)d33測量儀進行壓電介電性能的評價。。為了保證測試的準確，使用標準樣品，x切向的α-sio2，(d33＝2.3±0.1pc/n)對儀器進行校準。本陶瓷可用于高溫傳感器等器件的制造。
表1：