專利名稱：一種Nb₂O₅改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種五氧化二鈮Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷及其制備方法，屬于 無機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷材料體系，由于具有優(yōu)良的鐵電、壓電和介電性能，廣泛 應(yīng)用在航空、航天、兵器、艦船以及民用高技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的PZT壓電陶瓷的本征脆 性大、壽命短、成本高及環(huán)境污染等問題，使得PZT陶瓷正面臨著十分嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。盡管近 年來壓電材料技術(shù)已取得一些進(jìn)展，但從整體技術(shù)上看還沒有本質(zhì)進(jìn)步。例如，金屬摻雜 PZT性能提高有限；壓電纖維復(fù)合材料的纖維基體介電常數(shù)相差大、基體容易破壞；陶瓷聚 合物壓電材料的壓電常數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)小，工作溫度范圍窄；無鉛壓電材料壓電性能低、 工藝復(fù)雜、成本高。這些材料還不能滿足實(shí)際應(yīng)用的多種需求，特別是軍事上高性能、高可 靠性、長壽命、低成本的標(biāo)準(zhǔn)，成為制約武器裝備高性能壓電材料與器件發(fā)展的技術(shù)瓶頸。 在壓電器件方面，微型化、多功能集成、高性能的新概念壓電器件在武器裝備中顯示出巨大 的開發(fā)潛力和十分誘人的軍事應(yīng)用前景，各軍事強(qiáng)國都為此投入了巨大的人力、物力、財(cái) 力。因此，探索新概念、高性能、長壽命、低成本的壓電材料一直是軍用材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中 的熱點(diǎn)問題，新壓電材料創(chuàng)新性研究已經(jīng)成為本技術(shù)領(lǐng)域焦點(diǎn)。近年來，我們的研究表明，利用具有三維四角結(jié)構(gòu)的納米氧化鋅壓電晶須ZnOw來 增強(qiáng)增韌傳統(tǒng)PZT陶瓷的新型壓電復(fù)合陶瓷材料具有優(yōu)良的電學(xué)性能，大幅度提高的力學(xué) 性能，應(yīng)用前景廣闊。雖然ZnOw具有弱壓電性，但ZnOw的加入降低了 PZT陶瓷的電學(xué)性能， 因此提高PZT/ZnOw新型壓電復(fù)合陶瓷的綜合力電性能成為這種新材料研究和應(yīng)用的關(guān)鍵 問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決PZT/ZnOw壓電復(fù)合陶瓷的電學(xué)性能下降的問題，提出一 種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷及其制備方法。本發(fā)明的一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其組成式及各組分的質(zhì)量百分比 為組成式xPZT/yZn0w/zNb205，其中x+y = 1,0. 8 ^ χ ^ 0. 99,0. 01 ^ y ^ 0. 2, 0. 0025彡ζ彡0. 03，即PZT與ZnOw組分質(zhì)量百分比為80% 99% 20%，Nb2O5占 PZT和ZnOw總質(zhì)量的0. 25% 3%。本發(fā)明的一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷的制備方法，采用氧化鋅納米晶須 ZnOw、鋯鈦酸鉛預(yù)燒陶瓷PZT和五氧化二鈮Nb2O5為原料，制備壓電性能優(yōu)異的PZT基壓電 復(fù)合陶瓷；其具體制備步驟為1)在室溫下，將PZT、ZnO1^P Nb2O5加入到球磨機(jī)中，然后再加入占粉體總質(zhì)量 5% 20%的乙醇在球磨機(jī)內(nèi)混合，球磨3 24小時(shí)；將得到的混合液在60 120°C鼓風(fēng)干燥箱中烘干5 24小時(shí)成固體，研磨過40 100目篩成粉；2)將聚乙烯醇水溶液加入到步驟1)中干燥后混合粉體中，攪拌均勻，研磨并過 40 100目篩成粉，得到粉料；3)將步驟2)得到的粉料在不銹鋼磨具中以50 200kg/cm2的壓力壓制成圓片 生坯，然后將圓片生坯置于坩鍋中，然后將坩堝放在箱式燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)；箱式燒結(jié)爐以 1 10°C /min的升溫速度升溫至500 600°C，然后恒溫2 5小時(shí)進(jìn)行排膠；再以2 70C /min升溫至1000 1300°C，恒溫2 5小時(shí)后，隨爐冷卻，得到Nb2O5改性的PZT基壓 電復(fù)合陶瓷片；4)將步驟3)得到的Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷片進(jìn)行切割加工、涂銀漿、 上電極、極化老化后，得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷；
上述步驟2)中聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量濃度為2% 5%，加入的聚乙烯醇水溶液 占ZnOw, PZT和Nb2O5總質(zhì)量的3% 10%。本發(fā)明涉及的工藝原理是，Nb2O5中的Nb5+作為一種“軟性”添加物，可以替代PZT 中的部分&4+/Ti4+，導(dǎo)致Pb2+空位的增加和02_空位的減少，這使得電疇運(yùn)動(dòng)變得容易進(jìn)行， 因此沿電場方向取向的電疇數(shù)目增加，從而增加了剩余極化強(qiáng)度，使得壓電性能大幅增強(qiáng)。有益效果本發(fā)明降低了現(xiàn)有技術(shù)中PZT壓電陶瓷的燒結(jié)溫度為1000 1300°C，提高了 ZnOw/PZT復(fù)合陶瓷的電學(xué)性能，同時(shí)其制備操作工藝簡單、成本低，能夠滿足工業(yè)化推廣和 應(yīng)用的要求。


圖1為不同Nb2O5摻雜量的PZT/ZnOw在不同燒結(jié)溫度下的壓電常數(shù)d33 ；圖2為不同Nb2O5摻雜量的PZT/2% ZnOw在不同燒結(jié)溫度下的壓電常數(shù)d33。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，組成式為xPZT/yZn0w/ZNb205，其中χ = 0. 99，y = 0. 01，ζ = 0. 0025，即 0. 99PZT/0. 01Zn0w/0. 0025Nb205 ；一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷的制備方法，其具體制備步驟為1)在室溫下，將99g PZTUg ZnOjPO. 25g Nb2O5加入到球磨機(jī)中，然后再加入乙醇 在球磨機(jī)內(nèi)混合，球磨3小時(shí)；將得到的混合液在60°C鼓風(fēng)干燥箱中烘干24小時(shí)成固體， 研磨過40目篩成粉；2)將IOg質(zhì)量濃度為2%的聚乙烯醇水溶液加入到步驟1)中干燥后混合粉體中， 攪拌均勻，研磨并過100目篩成粉，得到粉料；3)將步驟2)得到的粉料在不銹鋼磨具中以50kg/cm2的壓力壓制成圓片生坯，然 后將圓片生坯置于坩鍋中，然后將坩堝放在箱式燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)；箱式燒結(jié)爐以rc / min的升溫速度升溫至500°C，然后恒溫2小時(shí)進(jìn)行排膠；再以2V /min升溫至IlOOtVg 溫2小時(shí)后，隨爐冷卻，得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷片；4)將步驟3)得到的Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷片進(jìn)行切割加工、涂銀漿、上電極、極化老化后，得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為602pC/N，如 圖1所示。實(shí)施例2同實(shí)施例1，其中不同的是所加入的Nb2O5為0. 5g，即組成式為 0. 99PZT/0. 01Zn0w/0. 005Nb205，最后得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33 為601pC/N，如圖1所示。實(shí)施例3同實(shí)施例1，其中不同的是所加入的Nb2O5為0. 75g，即組成式為 0. 99PZT/0. 01Zn0w/0. 0075Nb205，最后得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33 為575pC/N，如圖1所示。對比例1 同實(shí)施例1，其中不同的是沒有加入Nb2O5，即組成式為0. 99PZT/0. OlZnOw,最后得 到PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為552PC/N，如圖1所示。實(shí)施例4同實(shí)施例1，其中不同的是最終升溫溫度至1150°C，最后得到Nb2O5改性的PZT基 壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為621pC/N，如圖1所示。實(shí)施例5同實(shí)施例1，其中不同的是所加入的Nb2O5為0. 5g，即組成式為 0. 99PZT/0. 01Zn0w/0. 005Nb205和最終升溫溫度至1150°C，最后得到Nb2O5改性的PZT基壓 電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為665pC/N，如圖1所示。實(shí)施例6同實(shí)施例1，其中不同的是所加入的Nb2O5為0. 75g，即組成式為 0. 99PZT/0. 01Zn0w/0. 0075Nb205和最終升溫溫度至1150°C，最后得到Nb2O5改性的PZT基壓 電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為629pC/N，如圖1所示。對比例2同實(shí)施例1，其中不同的是沒有加入Nb2O5，即組成式為0. 99PZT/0. OlZnOw和最終 升溫溫度至1150°C，最后得到PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為560pC/N，如圖1所
7J\ ο實(shí)施例7同實(shí)施例1，其中不同的是最終升溫溫度至1200°C，最后得到Nb2O5改性的PZT基 壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為612pC/N，如圖1所示。實(shí)施例8同實(shí)施例1，其中不同的是所加入的Nb2O5為0. 5g，即組成式為 0. 99PZT/0. 01Zn0w/0. 005Nb205和最終升溫溫度至1200°C，最后得到Nb2O5改性的PZT基壓 電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為658pC/N，如圖1所示。實(shí)施例9同實(shí)施例1，其中不同的是所加入的Nb2O5為0. 75g，即組成式為 0. 99PZT/0. 01Zn0w/0. 005Nb205和最終升溫溫度至1200°C，最后得到Nb2O5改性的PZT基壓 電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為616pC/N，如圖1所示。
對比例3同實(shí)施例1，其中不同的是沒有加入Nb2O5，即組成式為0. 99PZT/0. OlZnOw和最終 升溫溫度至1200°C，最后得到PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為526pC/N，如圖1所不。實(shí)施例10一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，組成式為xPZT/yZn0w/ZNb205，其中χ = 0. 98，y = 0. 02, ζ = 0. 0025，即 0. 98PZT/0. 02Zn0w/0. 0025Nb205 ；一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷的制備方法，其具體制備步驟為1)在室溫下，將98g PZT、2g ZnO1^nOJSg Nb2O5加入到球磨機(jī)中，然后再加入乙 醇在球磨機(jī)內(nèi)混合，球磨24小時(shí)；將得到的混合液在120°C鼓風(fēng)干燥箱中烘干5小時(shí)成固 體，研磨過100目篩成粉；2)將3g質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液加入到步驟1)中干燥后混合粉體中， 攪拌均勻，研磨并過40目篩成粉，得到粉料；3)將步驟2)得到的粉料在不銹鋼磨具中以200kg/cm2的壓力壓制成圓片生坯，然 后將圓片生坯置于坩鍋中，然后將坩堝放在箱式燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)；箱式燒結(jié)爐以10°c / min的升溫速度升溫至600°C，然后恒溫5小時(shí)進(jìn)行排膠；再以7。C /min升溫至IlOOtVg 溫5小時(shí)后，隨爐冷卻，得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷片；4)將步驟3)得到的Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷片進(jìn)行切割加工、涂銀漿、 上電極、極化老化后，得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為510pC/N，如 圖2所示。實(shí)施例11同實(shí)施例10，其中不同的是所加入的Nb2O5為0. 5g，即組成式為 0. 98PZT/0. 02Zn0w/0. 005Nb205，最后得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33 為530pC/N，如圖2所示。實(shí)施例12同實(shí)施例10，其中不同的是所加入的Nb2O5為0. 75g，即組成式為 0. 98PZT/0. 02Zn0w/0. 0075Nb205，最后得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33 為569pC/N，如圖2所示。實(shí)施例13同實(shí)施例10，其中不同的是所加入的Nb2O5為lg，即組成式為 0. 98PZT/0. 02Zn0w/0. OlNb2O5，最后得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33 為530pC/N，如圖2所示。對比例4同實(shí)施例10，其中不同的是沒有加入Nb2O5，即組成式為0.98PZT/0.02Zn0w，最后 得到PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為458PC/N，如圖2所示。實(shí)施例14同實(shí)施例10，其中不同的是最終升溫溫度至1150°C，最后得到Nb2O5改性的PZT基 壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為517pC/N，如圖2所示。實(shí)施例I5
同實(shí)施例10，其中不同的是所加入的Nb2O5為0. 5g，即組成式為 0. 99PZT/0. 01Zn0w/0. 005Nb205和最終升溫溫度至1150°C，最后得到Nb2O5改性的PZT基壓 電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為555pC/N，如圖2所示。實(shí)施例I6同實(shí)施例10，其中不同的是所加入的Nb2O5為0. 75g，即組成式為 0. 99PZT/0. 01Zn0w/0. 0075Nb205和最終升溫溫度至1150°C，最后得到Nb2O5改性的PZT基壓 電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為593pC/N，如圖2所示。 實(shí)施例17同實(shí)施例10，其中不同的是所加入的Nb2O5為lg，即組成式為 0. 99PZT/0. 01Zn0w/0. OlNb2O5和最終升溫溫度至1150°C，最后得到Nb2O5改性的PZT基壓電 復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為565pC/N，如圖2所示。對比例5同實(shí)施例10，其中不同的是沒有加入Nb2O5，即組成式為0. 99PZT/0. 02Zn0w和最終 升溫溫度至1150°C，最后得到PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為457pC/N，如圖1所不。實(shí)施例18同實(shí)施例10，其中不同的是最終升溫溫度至1200°C，最后得到Nb2O5改性的PZT基 壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為500pC/N，如圖2所示。實(shí)施例19同實(shí)施例10，其中不同的是所加入的Nb2O5為0. 5g，即組成式為 0. 99PZT/0. 01Zn0w/0. 005Nb205和最終升溫溫度至1200°C，最后得到Nb2O5改性的PZT基壓 電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為510pC/N，如圖2所示。實(shí)施例2O同實(shí)施例10，其中不同的是所加入的Nb2O5為0. 75g，即組成式為 0. 99PZT/0. 01Zn0w/0. 0075Nb205和最終升溫溫度至1200°C，最后得到Nb2O5改性的PZT基壓 電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為533pC/N，如圖2所示。實(shí)施例21同實(shí)施例10，其中不同的是所加入的Nb2O5為lg，即組成式為 0. 99PZT/0. 01Zn0w/0. OlNb2O5和最終升溫溫度至1200°C，最后得到Nb2O5改性的PZT基壓電 復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為510pC/N，如圖2所示。對比例6同實(shí)施例10，其中不同的是沒有加入Nb2O5，即組成式為0. 99PZT/0. 02Zn0w和最終 升溫溫度至1200°C，最后得到PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為392pC/N，如圖1所不。實(shí)施例22一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，組成式為xPZT/yZn0w/ZNb205，其中χ = 0. 95，y = 0. 05, ζ = 0. 03，即 0. 95PZT/0. 05Zn0w/0. 02Nb205 ；一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷的制備方法，其具體制備步驟為1)在室溫下，將95g PZT、5g ZnO1^nSg Nb2O5加入到球磨機(jī)中，然后再加入乙醇在球磨機(jī)內(nèi)混合，球磨8小時(shí)；將得到的混合液在80°C鼓風(fēng)干燥箱中烘干18小時(shí)成固體，研 磨過60目篩成粉；2)將6g質(zhì)量濃度為3%的聚乙烯醇水溶液加入到步驟1)中干燥后混合粉體中， 攪拌均勻，研磨并過100目篩成粉，得到粉料；3)將步驟2)得到的粉料在不銹鋼磨具中以150kg/cm2的壓力壓制成圓片生坯， 然后將圓片生坯置于坩鍋中，然后將坩堝放在箱式燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)；箱式燒結(jié)爐以6°C / min的升溫速度升溫至1000°C，然后恒溫3小時(shí)進(jìn)行排膠；再以7。C /min升溫至1200°C，恒 溫5小時(shí)后，隨爐冷卻，得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷片；4)將步驟3)得到的Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷片進(jìn)行切割加工、涂銀漿、 上電極、極化老化后，得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為325pC/N。
實(shí)施例23一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，組成式為xPZT/yZn0w/ZNb205，其中χ = 0. 92，y = 0. 08, ζ = 0. 02，即 0. 92PZT/0. 08Zn0w/0. 02Nb205 ；一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷的制備方法，其具體制備步驟為1)在室溫下，將92g PZT、8g ZnO1^nZg Nb2O5加入到球磨機(jī)中，然后再加入乙醇在 球磨機(jī)內(nèi)混合，球磨18小時(shí)；將得到的混合液在100°C鼓風(fēng)干燥箱中烘干14小時(shí)成固體， 研磨過400目篩成粉；2)將7g質(zhì)量濃度為3%的聚乙烯醇水溶液加入到步驟1)中干燥后混合粉體中， 攪拌均勻，研磨并過100目篩成粉，得到粉料；3)將步驟2)得到的粉料在不銹鋼磨具中以130kg/cm2的壓力壓制成圓片生坯， 然后將圓片生坯置于坩鍋中，然后將坩堝放在箱式燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)；箱式燒結(jié)爐以8°C / min的升溫速度升溫至600°C，然后恒溫2小時(shí)進(jìn)行排膠；再以5°C /min升溫至1150°C，恒 溫5小時(shí)后，隨爐冷卻，得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷片；4)將步驟3)得到的Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷片進(jìn)行切割加工、涂銀漿、 上電極、極化老化后，得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為250pC/N。實(shí)施例24一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，組成式為xPZT/yZn0w/ZNb205，其中χ = 0. 9, y = 0. 1, ζ = 0. 015，即 0. 9PZT/0. lZn0w/0. OlNb2O5 ；一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷的制備方法，其具體制備步驟為1)在室溫下，將90g PZTUOg ZnO1^P 1. 5g Nb2O5加入到球磨機(jī)中，然后再加入乙 醇在球磨機(jī)內(nèi)混合，球磨12小時(shí)；將得到的混合液在100°C鼓風(fēng)干燥箱中烘干12小時(shí)成固 體，研磨過60目篩成粉；2)將8g質(zhì)量濃度為4%的聚乙烯醇水溶液加入到步驟1)中干燥后混合粉體中， 攪拌均勻，研磨并過80目篩成粉，得到粉料；3)將步驟2)得到的粉料在不銹鋼磨具中以lOOkg/cm2的壓力壓制成圓片生坯， 然后將圓片生坯置于坩鍋中，然后將坩堝放在箱式燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)；箱式燒結(jié)爐以6°C / min的升溫速度升溫至550°C，然后恒溫4小時(shí)進(jìn)行排膠；再以5°C /min升溫至1300°C，恒 溫3小時(shí)后，隨爐冷卻，得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷片；
4)將步驟3)得到的Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷片進(jìn)行切割加工、涂銀漿、上電極、極化老化后，得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為212pC/N。實(shí)施例25一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，組成式為xPZT/yZn0w/ZNb205，其中χ = 0. 8，y = 0. 2，ζ = 0. 025，即 0· 8PZT/0. 2Zn0w/0. 025Nb205 ；一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷的制備方法，其具體制備步驟為 1)在室溫下，將80g PZT、20g ZnOw和2. 5g Nb2O5加入到球磨機(jī)中，然后再加入乙 醇在球磨機(jī)內(nèi)混合，球磨24小時(shí)；將得到的混合液在120°C鼓風(fēng)干燥箱中烘干5小時(shí)成固 體，研磨過60目篩成粉；2)將4g質(zhì)量濃度為4%的聚乙烯醇水溶液加入到步驟1)中干燥后混合粉體中， 攪拌均勻，研磨并過80目篩成粉，得到粉料；3)將步驟2)得到的粉料在不銹鋼磨具中以150kg/cm2的壓力壓制成圓片生坯， 然后將圓片生坯置于坩鍋中，然后將坩堝放在箱式燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)；箱式燒結(jié)爐以6°C / min的升溫速度升溫至550°C，然后恒溫4小時(shí)進(jìn)行排膠；再以4°C /min升溫至1000°C，恒 溫4小時(shí)后，隨爐冷卻，得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷片；4)將步驟3)得到的Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷片進(jìn)行切割加工、涂銀漿、 上電極、極化老化后，得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其壓電常數(shù)d33為150pC/N。
權(quán)利要求
一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其特征在于組成式及各組分的質(zhì)量百分比為組成式xPZT/yZnOw/zNb2O5，其中x+y＝1，0.8≤x≤0.99，0.01≤y≤0.2，0.0025≤z≤0.03，即PZT與ZnOw組分質(zhì)量百分比為80％～99％∶1％～20％，Nb2O5占PZT和ZnOw總質(zhì)量的0.25％～3％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷，其特征在于各組分 的質(zhì)量百分比優(yōu)選為ΡΖΤ ZnOw = 98% 99% 2%,Nb2O5占PZT和ZnOw總質(zhì)量 的 0. 5% 1%。
3.—種Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷的制備方法，采用氧化鋅納米晶須ZnOw、鋯鈦 酸鉛預(yù)燒陶瓷PZT和五氧化二鈮Nb2O5為原料，制備壓電性能優(yōu)異的PZT基壓電復(fù)合陶瓷； 其特征在于具體制備步驟為1)在室溫下，將PZT、ZnO1^PNb2O5加入到球磨機(jī)中，然后再加入占粉體總質(zhì)量5% 20%的乙醇在球磨機(jī)內(nèi)混合，球磨3 24小時(shí)；將得到的混合液在60 120°C鼓風(fēng)干燥箱 中烘干5 24小時(shí)成固體，研磨過40 100目篩成粉；2)將聚乙烯醇水溶液加入到步驟1)中干燥后混合粉體中，攪拌均勻，研磨并過40 100目篩成粉，得到粉料；3)將步驟2)得到的粉料在不銹鋼磨具中以50 200kg/cm2的壓力壓制成圓片生坯， 然后將圓片生坯置于坩鍋中，然后將坩堝放在箱式燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)；箱式燒結(jié)爐以1 IO0C /min的升溫速度升溫至500 600°C，然后恒溫2 5小時(shí)進(jìn)行排膠；再以2 7°C / min升溫至1000 1300°C，恒溫2 5小時(shí)后，隨爐冷卻，得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù) 合陶瓷片；4)將步驟3)得到的Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷片進(jìn)行切割加工、涂銀漿、上電 極、極化老化后，得到Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷；上述步驟2)中聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量濃度為2% 5%，加入的聚乙烯醇水溶液占 ZnOw、PZT 和 Nb2O5 總質(zhì)量的 3 % 10 %。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種五氧化二鈮Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷及其制備方法，屬于無機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。組成式xPZT/yZnOw/zNb2O5，其中x+y＝1，0.8≤x≤0.99，0.01≤y≤0.2，0.0025≤z≤0.03。將PZT、ZnOw和Nb2O5加入到球磨機(jī)中球磨然后研磨過篩；加聚乙烯醇水溶液，攪拌均勻后研磨過篩；干壓成型后，排膠、燒結(jié)出陶瓷片；再經(jīng)切割加工、涂銀漿、上電極、極化老化后，得Nb2O5改性的PZT基壓電復(fù)合陶瓷。本發(fā)明降低了壓電陶瓷的燒結(jié)溫度，提高了ZnOw/PZT復(fù)合陶瓷的電學(xué)性能，同時(shí)其制備操作工藝簡單、成本低，能夠滿足工業(yè)化推廣和應(yīng)用的要求。
文檔編號C04B35/491GK101838145SQ20101019456
公開日2010年9月22日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者張德慶, 曹茂盛, 李洪波, 王大偉, 袁杰 申請人:北京理工大學(xué)