一種耐高電壓的高穩(wěn)定性壓電陶瓷的制作方法
【專利摘要】一種耐高電壓的高穩(wěn)定性壓電陶瓷，包括以下重量份數(shù)的原料：四氧化三鉛100、碳酸鋇14-17、碳酸鍶3.5-6.5、二氧化鋯28-30、二氧化鈦15-17、五氧化二鈮9.6、氧化亞鎳2.8、氧化鈰0.05-0.07、三氧化二鉻0.03-0.05、二氧化硅0.04-0.06、碳酸鋰0.02-0.04。經(jīng)混料、預(yù)燒、粉碎、烘干干燥、制漿、流膜成型、等靜壓、燒結(jié)、被電極、極化制備而成。本壓電陶瓷其微觀晶胞為四方晶胞，晶軸之間的夾角為90°，晶胞結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，電疇受高電壓、高溫沖擊變化很小。采用此壓電陶瓷配方制成的器件，性能漂移小，失效率低，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性與一致性，推動(dòng)了壓電大功率產(chǎn)品的大規(guī)模應(yīng)用。
【專利說明】—種耐高電壓的高穩(wěn)定性壓電陶瓷

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓電陶瓷【技術(shù)領(lǐng)域】，具體說是一種耐高電壓的高穩(wěn)定性壓電陶瓷。

【背景技術(shù)】
[0002]壓電陶瓷是一種新興的陶瓷材料，迄今已有一百多年的發(fā)展歷史。上世紀(jì)中期，PZT系壓電陶瓷的發(fā)明，促進(jìn)了電子技術(shù)的飛速發(fā)展，從而使各種電子產(chǎn)品出現(xiàn)在我們的面前，壓電陶瓷作為其內(nèi)部精密的元件，可以將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或者將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，在電子產(chǎn)品中起到了關(guān)鍵作用。
[0003]在產(chǎn)品開發(fā)的過程，由于元器件應(yīng)用條件的苛刻，如工作電壓很高，達(dá)到220V ;超長(zhǎng)工作時(shí)間，要求達(dá)到3年或更久；使用溫度要求達(dá)到-40-105°C。如車用報(bào)警器，壓電水泵器，紡織選針器，由于這些產(chǎn)品的核心元件所使用的陶瓷材料為典型的壓電“軟性”材料，即具有較高的壓電常數(shù)、介電系數(shù)與機(jī)電耦合系數(shù)。為獲得高的壓電性能，一般采用軟性添加物進(jìn)行摻雜改性，同時(shí)配方組份選定在準(zhǔn)同相界(MPB)附近，然后這樣的材料，由于其處于三方晶胞與四方晶胞交界區(qū)域，雖然性能活躍，但結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，在外部條件作用下，極易產(chǎn)生“退極化”現(xiàn)象，導(dǎo)致材料性能惡化，從而影響產(chǎn)品正常工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種耐高電壓的高穩(wěn)定性壓電陶瓷。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種耐高電壓的高穩(wěn)定性壓電陶瓷，包括以下重量份數(shù)的原料:四氧化三鉛100、碳酸鋇14-17、碳酸鍶3.5-6.5、二氧化鋯28-30、二氧化鈦15-17、五氧化二銀9.6、氧化亞鎳2.8、氧化鋪0.05-0.07、三氧化二鉻0.03-0.05、二氧化娃
0.04-0.06、碳酸鋰 0.02-0.04。
[0006]制備上述耐高電壓的高穩(wěn)定性壓電陶瓷的方法，包括以下步驟:
(1)、混料:將四氧化三鉛、碳酸鋇、碳酸鍶、二氧化鋯、二氧化鈦、五氧化二鈮、氧化亞鎳分別單獨(dú)在120-150°c溫度下烘烤12小時(shí)，然后混合在一起，再加入氧化鈰、三氧化二鉻、二氧化硅、碳酸鋰，充分混合均勻；然后將上述原料加入到行星磨中混料6小時(shí)，混料時(shí)按原料:鋯球:去離子水=1: 2:1的比例在行星磨中加入鋯球和去離子水；
(2)、預(yù)燒:將混合好的物料經(jīng)烘干干燥后盛放于氧化鋁坩堝中，然后放入電阻爐進(jìn)行預(yù)合成，直至溫度達(dá)到1010-1030°C之后，再保溫2小時(shí)；
(3)、粉碎:將預(yù)燒之后的結(jié)塊物料放入行星磨中混料6小時(shí)，混料時(shí)按原料:鋯球:去離子水=1: 2: I的比例在行星磨中加入鋯球和去離子水；
(4)、烘干干燥:將物料放入烘箱內(nèi)，在120-150°C溫度下干燥6-8小時(shí)；
(5)、制漿:對(duì)物料中加入溶劑和膠粘劑進(jìn)行研磨混合12-15小時(shí)，按物料:溶劑:膠粘劑=(80-100): (30-35): (16-20)的比例混合；
(6)、流膜成型、等靜壓:應(yīng)用流延機(jī)流膜成型，膜厚24-26μ m，雙膜復(fù)合等靜壓得到45-48 μ m陶瓷生膜帶，然后采用沖模沖制得到薄圓片陶瓷生坯； (7)、燒結(jié):應(yīng)用高溫箱式電阻爐將薄圓片陶瓷生坯燒結(jié)成瓷，溫度達(dá)到1240-1260°C之后再保溫I小時(shí)；
(8)、被電極、極化:采用絲網(wǎng)印刷工藝將銀漿印刷至陶瓷薄片，經(jīng)烘干、燒滲之后，在陶瓷表面形成均勻一致的電極；隨后使用耐壓儀進(jìn)行極化，極化直流電壓為200V，時(shí)間為2-3秒，即得到具有壓電效應(yīng)的壓電陶瓷諧振片。
[0007]所述步驟(5)中溶劑為無水乙醇，膠粘劑為PVB。
[0008]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的壓電陶瓷配方組成遠(yuǎn)離準(zhǔn)同相界，處于四方相結(jié)構(gòu)，其微觀晶胞為四方晶胞，由于其晶軸之間的夾角為90°，晶胞結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，電疇受高電壓、高溫沖擊變化很小。采用此壓電陶瓷配方制成的器件，性能漂移小，失效率低，大大提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性與一致性，推動(dòng)了壓電大功率產(chǎn)品的的大規(guī)模應(yīng)用。

【具體實(shí)施方式】
[0009]下面的實(shí)施例可更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。
[0010]實(shí)施例1:
(1)、混料:稱取四氧化三鉛100重量份、碳酸鋇14重量份、碳酸鍶3.5重量份、二氧化鋯28重量份、二氧化鈦15重量份、五氧化二鈮9.6重量份、氧化亞鎳2.8重量份，分別單獨(dú)在120-150°C溫度下烘烤12小時(shí)，然后混合在一起，再加入氧化鈰0.05重量份、三氧化二鉻0.03重量份、二氧化硅0.04重量份、碳酸鋰0.02重量份，充分混合均勻；然后將上述原料加入到行星磨中混料6小時(shí)，混料時(shí)按原料:鋯球:去離子水=1: 2: I的比例在行星磨中加入鋯球和去離子水；
(2)、預(yù)燒:將混合好的物料經(jīng)烘干干燥后盛放于氧化鋁坩堝中，然后放入電阻爐進(jìn)行預(yù)合成，直至溫度達(dá)到1010-1030°C之后，再保溫2小時(shí)；
(3)、粉碎:將預(yù)燒之后的結(jié)塊物料放入行星磨中混料6小時(shí)，混料時(shí)按原料:鋯球:去離子水=1: 2: I的比例在行星磨中加入鋯球和去離子水；
(4)、烘干干燥:將物料放入烘箱內(nèi)，在120-150°C溫度下干燥6-8小時(shí)；
(5)、制漿:對(duì)物料中加入無水乙醇和PVB進(jìn)行研磨混合12-15小時(shí)，按物料:無水乙醇=PVB = (80-100): (30-35): (16-20)的比例混合；
(6)、流膜成型、等靜壓:應(yīng)用流延機(jī)流膜成型，膜厚24-26μ m，雙膜復(fù)合等靜壓得到45-48 μ m陶瓷生膜帶，然后采用沖模沖制得到薄圓片陶瓷生坯；
(7)、燒結(jié):應(yīng)用高溫箱式電阻爐將薄圓片陶瓷生坯燒結(jié)成瓷，溫度達(dá)到1240-1260°C之后再保溫I小時(shí)；
(8)、被電極、極化:采用絲網(wǎng)印刷工藝將銀漿印刷至陶瓷薄片，經(jīng)烘干、燒滲之后，在陶瓷表面形成均勻一致的電極；隨后使用耐壓儀進(jìn)行極化，極化直流電壓為200V，時(shí)間為2-3秒，即得到具有壓電效應(yīng)的壓電陶瓷諧振片。
[0011]實(shí)施例2:
(I)、混料:稱取四氧化三鉛100重量份、碳酸鋇17重量份、碳酸鍶6.5重量份、二氧化鋯30重量份、二氧化鈦17重量份、五氧化二鈮9.6重量份、氧化亞鎳2.8重量份，分別單獨(dú)在120-150°C溫度下烘烤12小時(shí)，然后混合在一起，再加入氧化鈰0.07重量份、三氧化二鉻0.05重量份、二氧化硅0.06重量份、碳酸鋰0.04重量份，充分混合均勻；然后將上述原料加入到行星磨中混料6小時(shí)，混料時(shí)按原料:鋯球:去離子水=1: 2: I的比例在行星磨中加入鋯球和去離子水；
步驟⑵-(8)與實(shí)施例1相同。
【權(quán)利要求】
1.一種耐高電壓的高穩(wěn)定性壓電陶瓷，其特征在于，包括以下重量份數(shù)的原料:四氧化三鉛100、碳酸鋇14-17、碳酸鍶3.5-6.5、二氧化鋯28-30、二氧化鈦15-17、五氧化二鈮9.6、氧化亞鎳2.8、氧化鈰0.05-0.07、三氧化二鉻0.03-0.05、二氧化硅0.04-0.06、碳酸鋰0.02_0.04ο
2.制備如權(quán)利要求1所述耐高電壓的高穩(wěn)定性壓電陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、混料:將四氧化三鉛、碳酸鋇、碳酸鍶、二氧化鋯、二氧化鈦、五氧化二鈮、氧化亞鎳分別單獨(dú)在120-150°C溫度下烘烤12小時(shí)，然后混合在一起，再加入氧化鈰、三氧化二鉻、二氧化硅、碳酸鋰，充分混合均勻；然后將上述原料加入到行星磨中混料6小時(shí)，混料時(shí)按原料:鋯球:去離子水=1: 2: 1的比例在行星磨中加入鋯球和去離子水； (2)、預(yù)燒:將混合好的物料經(jīng)烘干干燥后盛放于氧化鋁坩堝中，然后放入電阻爐進(jìn)行預(yù)合成，直至溫度達(dá)到1010-1030°C之后，再保溫2小時(shí)； (3)、粉碎:將預(yù)燒之后的結(jié)塊物料放入行星磨中混料6小時(shí)，混料時(shí)按原料:鋯球:去離子水=1: 2: 1的比例在行星磨中加入鋯球和去離子水； (4)、烘干干燥:將物料放入烘箱內(nèi)，在120-150°C溫度下干燥6-8小時(shí)； (5)、制漿:對(duì)物料中加入溶劑和膠粘劑進(jìn)行研磨混合12-15小時(shí)，按物料:溶劑:膠粘劑=(80-100): (30-35): (16-20)的比例混合； (6)、流膜成型、等靜壓:應(yīng)用流延機(jī)流膜成型，膜厚24-26μ m，雙膜復(fù)合等靜壓得到45-48 μ m陶瓷生膜帶，然后采用沖模沖制得到薄圓片陶瓷生坯； (7)、燒結(jié):應(yīng)用高溫箱式電阻爐將薄圓片陶瓷生坯燒結(jié)成瓷，溫度達(dá)到1240-1260°C之后再保溫1小時(shí)； (8)、被電極、極化:采用絲網(wǎng)印刷工藝將銀漿印刷至陶瓷薄片，經(jīng)烘干、燒滲之后，在陶瓷表面形成均勻一致的電極；隨后使用耐壓儀進(jìn)行極化，極化直流電壓為200V，時(shí)間為2-3秒，即得到具有壓電效應(yīng)的壓電陶瓷諧振片。
3.如權(quán)利要求2所述耐高電壓的高穩(wěn)定性壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)中溶劑為無水乙醇，膠粘劑為PVB。
【文檔編號(hào)】C04B35/01GK104310967SQ201410543736
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】馬國(guó)陽, 施小羅 申請(qǐng)人:湖南嘉業(yè)達(dá)電子有限公司