本發(fā)明屬于壓電陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種分散劑改性弛豫型鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)：

壓電陶瓷材料作為一種陶瓷功能材料，具有將機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的壓電性能。除此之外，壓電陶瓷材料還具有介電性能和力學(xué)性能等。由于壓電陶瓷材料具有優(yōu)異的電學(xué)性能，而且其制備工藝簡單、可靠、成本低廉，因此壓電陶瓷材料在社會(huì)的發(fā)展過程中應(yīng)用十分廣泛，尤其是在電子元器件領(lǐng)域。其中pnn-pzt系壓電陶瓷體材料具有典型的abo3型鋯鈦礦結(jié)構(gòu)，可以通過摻雜一定量的其它元素或適當(dāng)?shù)墓に嚫倪M(jìn)來提高壓電陶瓷材料的綜合性能，但是陶瓷樣品的穩(wěn)定性很難得到提高，為了解決這一問題，很多研究人員也已經(jīng)研究過提高pnn-pzt壓電陶瓷電學(xué)性能及其穩(wěn)定性，比如稀土摻雜ceo2及sm2o3，金屬氧化物co2o3等，但是壓電陶瓷樣品的穩(wěn)定性問題得不到根本解決。目前對(duì)壓電陶瓷材料的改性主要從基礎(chǔ)配方上、摻雜及制備工藝上等三個(gè)方向進(jìn)行相關(guān)調(diào)整，但是對(duì)于壓電陶瓷樣品的穩(wěn)定性能得不到根本解決。

綜上所述，因?yàn)殁夋囦嗏佀徙U(pnn-pzt)配方較為復(fù)雜，在制漿、濕磨等過程中發(fā)生沉淀、分層等現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)電學(xué)性能差異較大、穩(wěn)定性差，電學(xué)性能下降等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種分散劑改性弛豫型鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷及其制備方法，旨在解決因?yàn)殁夋囦嗏佀徙U(pnn-pzt)配方較為復(fù)雜，在制漿、濕磨等過程中發(fā)生沉淀、分層等現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)電學(xué)性能差異較大、穩(wěn)定性差，電學(xué)性能下降的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種分散劑改性弛豫型鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，所述分散劑改性弛豫型鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷按照摩爾百分比為：pb(ni1/3nb2/3)z(zrxtiy)1-zo3；0≤x≤1，0.2≤y≤0.8，0.2≤z≤0.8，分散劑ho(ch2ch2o)nh，a＝0～0.3wt.％。

進(jìn)一步，所述分散劑改性弛豫型鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷按照摩爾百分比為pb(ni1/3nb2/3)z(zrxtiy)1-zo3，其中x＝0.8～1，y＝0.5～0.6，z＝0.4～0.5，分散劑ho(ch2ch2o)nh濃度，其中a為0～0.1wt.％。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述分散劑改性弛豫型鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法，所述分散劑改性弛豫型鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法包括以下步驟：

步驟一，將原料pb3o4、zro2、tio2、nb2o5、ni2o3，按照摩爾比pb(ni1/3nb2/3)z(zrxtiy)1-zo30≤x≤1，0.2≤y≤0.8，0.2≤z≤0.8)，分散劑ho(ch2ch2o)nh，a＝0～0.3wt.％；稱量混合好后，球磨介質(zhì)為酒精和鋯球，球磨16h，轉(zhuǎn)速為300r/min，然后將球磨好后的粉料放入烘箱內(nèi)70℃烘干、過40目篩子；

步驟二，將過篩后得到的混合粉料放入剛玉坩堝內(nèi)，壓實(shí)，加蓋，在箱式電阻爐中900℃預(yù)燒2h，然后隨爐冷卻；

步驟三，預(yù)燒好的粉料二次球磨、烘干、過篩，加入5wt.％-7wt.％的石蠟進(jìn)行造粒，之后將其過篩，在5mpa的壓強(qiáng)下壓制成直徑12mm，厚度為1.2mm的陶瓷圓片；

步驟四，圓形陶瓷片放入坩堝中，密封，放入箱式電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度范圍為1160～1220℃，保溫2h，然后隨爐自然冷卻至室溫；

步驟五，將燒結(jié)好的陶瓷片進(jìn)行清潔，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在其上下表面印刷銀漿，置于爐中，升溫至800℃并保溫30min，自然冷卻至室溫，然后將燒好銀的樣品放置于硅油中加熱到50～70℃，施加2kv/mm的直流電場(chǎng)，極化30min。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述分散劑改性弛豫型鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷制備的電子元器件。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述分散劑改性弛豫型鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷制備的壓電執(zhí)行器。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述分散劑改性弛豫型鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷制備的壓電濾波器。

本發(fā)明提供的分散劑改性弛豫型鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷及其制備方法，以聚乙二醇為分散劑，能提高壓電陶瓷材料的電學(xué)性能及其穩(wěn)定性，同時(shí)也降低了燒結(jié)溫度，提供了一種鈮鎳鋯鈦酸鉛(pnn-pzt)壓電陶瓷材料的分散劑改性的新制備工藝。采用添加分散劑來制備壓電陶瓷樣品，因?yàn)榉稚┯兄诓煌勰┝Ｗ娱g的均勻分布，有利于燒結(jié)時(shí)鈣鈦礦相的均勻分布，進(jìn)而有利于壓電陶瓷材料的綜合性能。因此，分散劑不僅可以提高壓電陶瓷材料的綜合性能，而且也可以改善其樣品的穩(wěn)定性；對(duì)于壓電陶瓷材料的制備來說是非常好的手段，同時(shí)還可以降低燒結(jié)溫度，在一定程度上解決pbo的揮發(fā)的問題。

本發(fā)明以鈮鎳鋯鈦酸鉛pb(ni1/3nb2/3)z(zrxtiy)1-zo3(pnnzt)壓電陶瓷為基礎(chǔ)配方，以聚乙二醇(ho(ch2ch2o)nh)為分散劑，有利于形成晶粒更加均勻如圖3，提高了pnnzt壓電陶瓷材料的電學(xué)性能及其穩(wěn)定性，同時(shí)降低了燒結(jié)溫度，通過聚乙二醇濃度與燒結(jié)溫度的調(diào)整來制備具有較好綜合性能的pnnzt弛豫型壓電陶瓷材料，當(dāng)聚乙二醇分散劑的濃度a＝0～0.1wt.％時(shí)，得到了一種綜合性能良好的壓電陶瓷,其d33＝597.6pc/n，kp＝0.662，tanδ＝2.09％。通過加入不同濃度的聚乙二醇(ho(ch2ch2o)nh)作為分散劑(a＝0～0.8wt.％)，采用固相燒結(jié)合成法，獲得了一種新型的具有優(yōu)異綜合電學(xué)性能的弛豫型壓電陶瓷，其中該壓電陶瓷樣品的壓電常數(shù)d33值達(dá)到650pc/n，機(jī)電耦合系數(shù)kp值達(dá)到0.632，室溫介電損耗僅為1.95％，同時(shí)性能的穩(wěn)定性也得到相應(yīng)的提高，相比于沒有加入聚乙二醇作為分散劑的陶瓷材料，d33值只有520pc/n，機(jī)電耦合系數(shù)kp值只有0.60，室溫介電損耗為2.32％，已經(jīng)有了很大的提高，這對(duì)于該體系在電子材料領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也更加的廣泛，其制備工藝穩(wěn)定、可靠，具有較大的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的分散劑改性弛豫型鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法流程圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的添加聚乙二醇分散劑5％、10％、15％、20％和0％的xrd衍射圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的添加聚乙二醇分散劑5％、10％、15％和20％的sem圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的分散劑改性弛豫型鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷按照摩爾百分比為：pb(ni1/3nb2/3)z(zrxtiy)1-zo3(0≤x≤1，0.2≤y≤0.8，0.2≤z≤0.8)，分散劑ho(ch2ch2o)nh(a＝0～0.3wt.％)。

上述原料為pb3o4、zro2、tio2、zro2、ni2o3、ho(ch2ch2o)nh。

最佳的原料組成及摩爾百分比為pb(ni1/3nb2/3)z(zrxtiy)1-zo3，其中x＝0.8～1，y＝0.5～0.6，z＝0.4～0.5，分散劑ho(ch2ch2o)nh濃度，其中a為0～0.1wt.％。

所制備的壓電陶瓷材料樣品都是單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu)如圖2。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的分散劑改性弛豫型鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法包括以下步驟：

s101：將原料pb3o4、zro2、tio2、zro2、ni2o3，按照摩爾比pb(ni1/3nb2/3)z(zrxtiy)1-zo3(0≤x≤1，0.2≤y≤0.8，0.2≤z≤0.8)，分散劑ho(ch2ch2o)nh(a＝0～0.3wt.％)，稱量混合好后，球磨介質(zhì)為酒精和鋯球，球磨16h，轉(zhuǎn)速為300r/min，然后將球磨好后的粉料放入烘箱內(nèi)70℃烘干、過40目篩子；

s102：將過篩后得到的混合粉料放入剛玉坩堝內(nèi)，壓實(shí)，加蓋，在箱式電阻爐中在900℃預(yù)燒2h，然后隨爐冷卻；

s103：預(yù)燒好的粉料二次球磨、烘干、過篩，加入5wt.％-7wt.％的石蠟進(jìn)行造粒，之后將其過篩，在5mpa的壓強(qiáng)下壓制成直徑12mm，厚度為1.2mm的陶瓷圓片；

s104：圓形陶瓷片放入坩堝中，密封，放入箱式電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度范圍為1160～1220℃燒結(jié)，保溫2h，然后隨爐自然冷卻至室溫；

s105：將燒結(jié)好的陶瓷片進(jìn)行清潔，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在其上下表面印刷銀漿，置于爐中，升溫至800℃并保溫30min，自然冷卻至室溫，然后將燒好銀的樣品放置于硅油中加熱到50～70℃，施加2kv/mm的直流電場(chǎng)，極化30min。

將極化好的陶瓷片，放置在室溫下，24h后測(cè)量樣品的各項(xiàng)電學(xué)性能。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明實(shí)施例所使用的原料pb3o4、zro2、tio2、nb2o5和ni2o3均為化學(xué)純?cè)?，所選分散劑為聚乙二醇ho(ch2ch2o)nh。

配方1：所述聚乙二醇ho(ch2ch2o)nh的濃度為0.2％；

配方2：所述聚乙二醇ho(ch2ch2o)nh的濃度為0.4％；

配方3：所述聚乙二醇ho(ch2ch2o)nh的濃度為0.6％；

配方4：所述聚乙二醇ho(ch2ch2o)nh的濃度為0.8％。

本發(fā)明的制備方法如下：

配料

將原料pb3o4、zro2、tio2、nb2o5、ni2o3，按照摩爾比pb(ni1/3nb2/3)z(zrxtiy)1-zo3(0≤x≤1，0.2≤y≤0.8，0.2≤z≤0.8)，分散劑ho(ch2ch2o)nh(a＝0～0.3wt.％)，稱量混合好后，球磨介質(zhì)為酒精和鋯球，球磨16h，轉(zhuǎn)速為300r/min，然后將球磨好后的粉料放入烘箱內(nèi)70℃烘干、過40目篩子；

預(yù)燒

將步驟(1)過篩后得到的混合粉料放入剛玉坩堝內(nèi)，壓實(shí)，加蓋，在箱式電阻爐中900℃預(yù)燒2h，然后隨爐冷卻；

壓片

將步驟(2)中預(yù)燒好的粉料二次球磨、烘干、過篩，加入5wt.％-7wt.％的石蠟進(jìn)行造粒，之后將其過篩，在10mpa的壓強(qiáng)下壓制成直徑12mm，厚度為1.2mm的陶瓷圓片；

燒結(jié)

將步驟(3)的圓形陶瓷片放入坩堝中，密封，放入箱式電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度范圍為1160～1220℃，保溫2h，然后隨爐自然冷卻至室溫；

刷銀、極化

將步驟(4)燒結(jié)好的陶瓷片進(jìn)行清潔，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在其上下表面印刷銀漿，置于爐中，升溫至800℃并保溫30min，自然冷卻至室溫，然后將燒好銀的樣品放置于硅油中加熱到50～70℃，施加2kv/mm的直流電場(chǎng)，極化30min；

測(cè)試電學(xué)性能

將步驟(5)極化好的陶瓷片，放置在室溫下，24h后測(cè)量樣品的各項(xiàng)電學(xué)性能。

具體實(shí)施如下：

聚乙二醇ho(ch2ch2o)nh濃度分別為x＝0、x＝0.2、x＝0.4、x＝0.6、x＝0.8％,燒結(jié)溫度1200℃，分別記錄在表1中；

表11200℃下，不同分散劑濃度樣品的電學(xué)性能參數(shù)

當(dāng)聚乙二醇濃度a＝0～0.8wt.％時(shí)，燒結(jié)溫度為1200℃時(shí)(表2中)，tanδ＝1.96％(automatielcrmeter4225)，d33＝650pc/n(準(zhǔn)靜態(tài)方法，model/zj-a，china)，kp＝0.632，相比于沒有添加ho(ch2ch2o)nh分散劑的陶瓷樣品，電學(xué)性能及其穩(wěn)定性有很大的提高。

本發(fā)明主要通過選擇合適的分散劑種類及其濃度，并選用合適的燒結(jié)溫度來制備得到既有優(yōu)異綜合電學(xué)性能還有穩(wěn)定性也得到提高的壓電陶瓷材料，該體系的壓電陶瓷材料能夠廣泛的應(yīng)用于電子元器件領(lǐng)域，比如壓電執(zhí)行器、壓電濾波器等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。