一種鈦酸鉛壓電陶瓷及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鈦酸鉛壓電陶瓷，以PbTiO3為基礎(chǔ)配方，Pb3O4和TiO2為主要原料，加入La2O3及MnO2對其進(jìn)行改性，制得壓電應(yīng)變常數(shù)（d33）達(dá)54×10-12-50×10-11（C/N）、居里溫度為440-480℃的鈦酸鉛陶瓷。該方法制得的陶瓷，易燒結(jié)，結(jié)構(gòu)致密，操作簡單，價(jià)格便宜，能滿足高溫深井、航天等的特殊環(huán)境要求下的應(yīng)用，適合大批量生產(chǎn)。
【專利說明】一種鈦酸鉛壓電陶瓷及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鈦酸鉛壓電陶瓷，以La2O3及MnO2為改性劑，制得改性的高溫高頻鈦酸鉛壓電陶瓷，并提供了一種高溫高頻鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦酸鉛PbTiO3 (簡稱PT)陶瓷是一種與BaTiO3具有相似結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的壓電、鐵電材料，其居里溫度高達(dá)490°C，介電常數(shù)特別低，比PZT小一個(gè)數(shù)量級，其對時(shí)間溫度的穩(wěn)定性也特別好，是一種優(yōu)秀的高溫高頻壓電陶瓷材料。其厚度、徑向各向異性特別大，適合單向發(fā)射。由于其良好的高溫性能、時(shí)間溫度老化性能、各向異性大的特點(diǎn)和良好的熱釋電性能，在高溫探井、金屬探傷、高頻器件、航天壓電陀螺、航天用高度指示器、人造衛(wèi)星地平儀、氣象溫度探測儀等方面有廣泛的應(yīng)用前景。近年來很多科研機(jī)構(gòu)都開展了相關(guān)研究。但由于其顯著的各向異性導(dǎo)致燒結(jié)困難。當(dāng)陶瓷體降溫越過居里溫度時(shí)，其晶相結(jié)構(gòu)由立方相變?yōu)樗姆较?，晶相c軸顯著變長，產(chǎn)生強(qiáng)大的應(yīng)力導(dǎo)致陶瓷體碎裂，甚至粉化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種鈦酸鉛壓電陶瓷，為一種具有高溫高頻性能的鈦酸鉛壓電陶瓷，在PbTiO3的基礎(chǔ)配方上，加入La2O3和MnO2添加物進(jìn)行改性，其配方為:x〔YPbTiO3+ (1-y) La273TiO3) + (1-X)MnO2，其中 x 為 0.98 ~0.995，y 為 0.95 ~0.99，即，按摩爾比計(jì)，Pb3O4' Ti02、La2O3 及 MnO2 的摩爾比為 0.31-0.328:0.98-0.995:0.005-0.025:
0.005-0.02。將該配方混合后，在850°C的溫度下保溫2小時(shí)進(jìn)行預(yù)燒處理，經(jīng)細(xì)磨后干壓成型，在120(Tl250°C的溫度下保溫2小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)，在185~190°C的溫度下施加4500V/mm的電場保溫保壓10分鐘進(jìn)行極化處理，能得到性能優(yōu)良的PbTiO3壓電陶瓷。
[0004]通過一系列性能測試，其性能為:
相對自由介電常數(shù)ε\3:180;
介電損耗tg δ:0.8% ；
厚向機(jī)電耦合系數(shù)Kt:0.47 ;
平面機(jī)電耦合系數(shù)Kp:0.03 ；
壓電應(yīng)變常數(shù)d33:54X 10_12~50X 10_n ；
居里溫度 Tc:440^480 °C ；
密度 P:7.75X 103kg/m3。
[0005]該方法制得的陶瓷，易燒結(jié)，結(jié)構(gòu)致密，操作簡單，價(jià)格便宜，能滿足高溫深井、航天等的特殊環(huán)境要求下的應(yīng)用，適合大批量生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0006]實(shí)施例1
將212.7g Pb304、80g TiO2,5.3g La2O3及1.74g MnO2在過量的乙醇溶液中混合后在850°C的溫度下保溫2小時(shí)進(jìn)行預(yù)燒處理，經(jīng)細(xì)磨后干壓成型，在1220°C的溫度下保溫2小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)，在185°C的溫度下施加4500V/mm的電場保溫保壓10分鐘進(jìn)行極化處理，得到PbTiO3壓電陶瓷。
[0007]實(shí)施例2
將221.7g Pb304、80g TiO2U.06g La2O3及1.74g MnO2在過量的乙醇溶液中混合后在850°C的溫度下保溫2小時(shí)進(jìn)行預(yù)燒處理，經(jīng)細(xì)磨后干壓成型，在1210°C的溫度下保溫2小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)，在188°C的溫度下施加4500V/mm的電場保溫保壓10分鐘進(jìn)行極化處理，得到PbTiO3壓電陶瓷。
[0008]實(shí)施例3
將216g Pb304、80g Ti02、5.4g La2O3及0.43g MnO2在過量的乙醇溶液中混合后在850°C的溫度下保溫2小時(shí)進(jìn)行預(yù)燒處理，經(jīng)細(xì)磨后干壓成型，在1230°C的溫度下保溫2小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)，在190°C的溫度下施加4500V/mm的電場保溫保壓10分鐘進(jìn)行極化處理，得到PbTiO3壓電陶瓷。
[0009]實(shí)施例4
將225g Pb304、80g TiO2U.08g La2O3及0.43g MnO2在過量的乙醇溶液中混合后在850°C的溫度下保溫2小時(shí)進(jìn)行預(yù)燒處理，經(jīng)細(xì)磨后干壓成型，在1250°C的溫度下保溫2小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)，在185°C的溫度下施加4500V/mm的電場保溫保壓10分鐘進(jìn)行極化處理，得到PbTiO3壓電陶瓷。
【權(quán)利要求】
1.一種鈦酸鉛壓電陶瓷，其特征在于，以PbTiO3為基礎(chǔ)配方，Pb3O4和TiO2為主要原料，加入La2O3及MnO2對其進(jìn)行改性，制得壓電應(yīng)變常數(shù)(d33)達(dá)54X 10-12 -50Χ10-η (C/N)、居里溫度為440-480°C的鈦酸鉛陶瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦酸鉛壓電陶瓷，其特征在于，按摩爾比計(jì)，Pb304、Ti02、La203及 MnO2 的摩爾比為 0.31-0.328:0.98-0.995:0.005-0.025:0.005 -0.02。
3.一種鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)將Pb304、TiO2,La2O3及MnO2按照配方的配比在乙醇溶液中充分混合后壓成塊狀，在850°C溫度下保溫2h ； 2)將上述混合物經(jīng)細(xì)磨過l-2mm篩后，在1200-1250°C溫度下保溫2h進(jìn)行燒結(jié)，并冷卻到常溫； 將步驟2)中的混合物經(jīng)機(jī)械加工、包覆電極后，在185-190°C的溫度下施加4500V/mm的電場保壓IOmin進(jìn)行 極化處理。
【文檔編號(hào)】C04B35/472GK103588478SQ201310570895
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】彭新紅, 王新平 申請人:中船重工海聲科技有限公司