本發(fā)明涉及壓電陶瓷，特別是涉及一種鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷及其制備方法和壓電器件。

背景技術(shù)：

1、大功率壓電陶瓷研究背景源于對(duì)于高功率應(yīng)用中壓電材料的需求和挑戰(zhàn)的認(rèn)識(shí)。壓電效應(yīng)是一種材料在受到外界電場(chǎng)激勵(lì)時(shí)發(fā)生形變或產(chǎn)生電荷分布的現(xiàn)象，這使得壓電材料在傳感器、驅(qū)動(dòng)器和能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。目前，市面上常見的大功率輸出商用壓電陶瓷主要呈現(xiàn)為以pzt-8為代表的pzt系列。然而，在高功率應(yīng)用中，傳統(tǒng)壓電材料在高功率下容易發(fā)生熱失控現(xiàn)象，導(dǎo)致性能下降甚至破壞。為此，亟需一種能夠兼顧高功率性能和溫度穩(wěn)定性的壓電陶瓷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對(duì)如何兼顧高功率性能和溫度穩(wěn)定性的問題，提供一種鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷及其制備方法和壓電器件。

2、一種鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，所述鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的化學(xué)通式為：xpb(in1/2nb1/2)o3-0.05pb(mn1/3nb2/3)o3-(0.95-x)pb(zr0.48ti0.52)o3，其中0.01≤x≤0.05，x為摩爾比。

3、經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明技術(shù)方案的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷能夠兼顧高功率性能和溫度穩(wěn)定性。一方面能夠在高功率條件下表現(xiàn)出較好的性能；另一方面能夠在高溫條件下保持穩(wěn)定的壓電性能，在面對(duì)高功率和高溫環(huán)境時(shí)不容易發(fā)生熱失控問題，能夠保持較好的性能和可靠性；此外，還具備較寬的工作溫度范圍，能夠適應(yīng)不同的溫度環(huán)境，在面對(duì)溫度變化較大的應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)依然能夠保持穩(wěn)定的性能，提高了應(yīng)用的靈活性和適用性。

4、在一個(gè)可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的化學(xué)通式為：xpb(in1/2nb1/2)o3-0.05pb(mn1/3nb2/3)o3-(0.95-x)pb(zr0.48ti0.52)o3，其中x為0.01、0.02、0.03、0.04或者0.05。

5、一種鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法，包括如下步驟：

6、基于化學(xué)通式xpb(in1/2nb1/2)o3-0.05pb(mn1/3nb2/3)o3-(0.95-x)pb(zr0.48ti0.52)o3的化學(xué)計(jì)量比，其中0.01≤x≤0.05，x為摩爾比，將pbo粉體、tio2粉體、zro2粉體、mno2粉體、in2o3粉體和nb2o5粉體混合均勻，烘干后進(jìn)行預(yù)燒結(jié)處理，充分反應(yīng)后得到預(yù)燒粉體；

7、將所述預(yù)燒粉體進(jìn)行造粒，之后壓制成型，得到陶瓷生胚片；以及

8、將所述陶瓷生胚片進(jìn)行排膠處理和燒結(jié)處理，得到鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷。

9、本發(fā)明技術(shù)方案的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法工藝簡單，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，采用上述制備方法制備得到的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷能夠兼顧高功率性能和溫度穩(wěn)定性。一方面能夠在高功率條件下表現(xiàn)出較好的性能；另一方面能夠在高溫條件下保持穩(wěn)定的壓電性能，在面對(duì)高功率和高溫環(huán)境時(shí)不容易發(fā)生熱失控問題，能夠保持較好的性能和可靠性；此外，還具備較寬的工作溫度范圍，能夠適應(yīng)不同的溫度環(huán)境，在面對(duì)溫度變化較大的應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)依然能夠保持穩(wěn)定的性能，提高了應(yīng)用的靈活性和適用性。

10、在一個(gè)可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述預(yù)燒結(jié)處理的溫度為800℃～900℃，所述預(yù)燒結(jié)處理的時(shí)間為2h～3h，所述預(yù)燒結(jié)處理的升溫速率為5℃/min～8℃/min。

11、在一個(gè)可行的實(shí)現(xiàn)方式中，將所述預(yù)燒粉體進(jìn)行造粒之前，還包括如下步驟：

12、對(duì)所述預(yù)燒粉體進(jìn)行球磨處理，轉(zhuǎn)速為250r/min～300r/min，時(shí)間為16h～20h。

13、在一個(gè)可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述造粒的操作為：將所述預(yù)燒粉體與粘合劑混合均勻，之后過100目篩網(wǎng)；其中，所述粘合劑的質(zhì)量百分含量為5％～7％。

14、在一個(gè)可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述排膠處理的溫度為600℃～700℃，所述排膠處理的保溫時(shí)間為5h～6h，升溫速率為1℃/min～3℃/min。

15、在一個(gè)可行的實(shí)現(xiàn)方式中，所述燒結(jié)處理的溫度為1150℃～1200℃，所述燒結(jié)處理的保溫時(shí)間為2h～3h，升溫速率為5℃/min～8℃/min。

16、在一個(gè)可行的實(shí)現(xiàn)方式中，還包括涂銀和極化的步驟。

17、一種壓電器件，包括上述的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷或者上述任一的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法制備得到的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷。

18、本發(fā)明技術(shù)方案的壓電器件包括上述鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明技術(shù)方案的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷能夠兼顧高功率性能和溫度穩(wěn)定性。一方面能夠在高功率條件下表現(xiàn)出較好的性能；另一方面能夠在高溫條件下保持穩(wěn)定的壓電性能，在面對(duì)高功率和高溫環(huán)境時(shí)不容易發(fā)生熱失控問題，能夠保持較好的性能和可靠性；此外，還具備較寬的工作溫度范圍，能夠適應(yīng)不同的溫度環(huán)境，在面對(duì)溫度變化較大的應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)依然能夠保持穩(wěn)定的性能，提高了應(yīng)用的靈活性和適用性。

技術(shù)特征：

1.一種鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，其特征在于，所述鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的化學(xué)通式為：xpb(in1/2nb1/2)o3-0.05pb(mn1/3nb2/3)o3-(0.95-x)pb(zr0.48ti0.52)o3，其中0.01≤x≤0.05，x為摩爾比。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，其特征在于，所述鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的化學(xué)通式為：xpb(in1/2nb1/2)o3-0.05pb(mn1/3nb2/3)o3-(0.95-x)pb(zr0.48ti0.52)o3，其中x為0.01、0.02、0.03、0.04或者0.05。

3.一種鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述預(yù)燒結(jié)處理的溫度為800℃～900℃，所述預(yù)燒結(jié)處理的時(shí)間為2h～3h，所述預(yù)燒結(jié)處理的升溫速率為5℃/min～8℃/min。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，將所述預(yù)燒粉體進(jìn)行造粒之前，還包括如下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述造粒的操作為：將所述預(yù)燒粉體與粘合劑混合均勻，之后過100目篩網(wǎng)；其中，所述粘合劑的質(zhì)量百分含量為5％～7％。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述排膠處理的溫度為600℃～700℃，所述排粘處理的保溫時(shí)間為5h～6h，升溫速率為1℃/min～3℃/min。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)處理的溫度為1150℃～1200℃，所述燒結(jié)處理的保溫時(shí)間為2h～3h，升溫速率為5℃/min～8℃/min。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法，其特征在于，還包括涂銀和極化的步驟。

10.一種壓電器件，其特征在于，包括權(quán)利要求1或者2所述的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷或者權(quán)利要求3～9中任一項(xiàng)所述的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法制備得到的鈮銦酸鉛-鈮錳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種鈮銦酸鉛?鈮錳酸鉛?鋯鈦酸鉛壓電陶瓷及其制備方法和壓電器件。鈮銦酸鉛?鈮錳酸鉛?鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的化學(xué)通式為：xPb(In<subgt;1/2</subgt;Nb<subgt;1/2</subgt;)O<subgt;3</subgt;?0.05Pb(Mn<subgt;1/3</subgt;Nb<subgt;2/3</subgt;)O<subgt;3</subgt;?(0.95?x)Pb(Zr<subgt;0.48</subgt;Ti<subgt;0.52</subgt;)O<subgt;3</subgt;，其中0.01≤x≤0.05，x為摩爾比。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明技術(shù)方案的鈮銦酸鉛?鈮錳酸鉛?鋯鈦酸鉛壓電陶瓷能夠兼顧高功率性能和溫度穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：龐淑婷,曹文武
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇省聲學(xué)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6