專利名稱：：鎢青銅結構鈮鈦鑭酸鉛高溫壓電陶瓷及其制備方法
技術領域：
：本發明屬于材料
技術領域：
，具微及至,于高溫和大功率壓電器件或電劍申縮器件。
背景技術：
：高駆電陶瓷材半4MT泛用于航天、核能、汽車、石化、冶金、發電、地質勘探等眾多利研與工業部門。近十年來，隨著科學技術的迅猛發展，許多電子設備對所選的壓電器件要求越來越高，適用范圍和使用環境要求壓電材料具有更大的適應性。目前性能優良、使用驢高于40(TC的高腿電陶瓷材料非常少。長期以來，壓電單晶材料[材料導報，1998，12巻，2肌3133]由于具有優良的壓電性能和高的溫度穩定性，己經成為高溫壓電材料的重要組成部分，但是壓電單晶材料工藝復雜、成本太高，使得這種材料不能廣泛推廣使用。人們希望得到工藝簡單，成本低且壓電性能好的高溫壓電陶瓷材料。偏鈮酸鉛(PbNb206)是第一個被發現的非鈣鈦礦型結構的氧化物鐵電體，PbNbA壓電陶瓷有許多突出的特點如低的品質因素、單一的振動模式和高的居里溫度(57(TC)等，故在工業檢測，醫療診斷與高t顯傳感器方面有十分廣闊的應用背景。PbNb206在室溫下有兩種相一種是具有斜方結構的鐵電相，居里，57(TC，高于居里、鵬轉變為四方順電相；另一種^H方非鐵電相，在1200。C時轉變為四方相。關于鐵電相的存在，歷來也是眾說紛紜，Jaffe(PiezoeletricCeramics.NewYork:AcademicPress,1971，115-182)等人認為，偏鈮酸鉛陶瓷樣品只要煅燒溫度足夠高并且進行適當的急冷，其鐵電相就倉巨穩定存在；而Sekiya(Mater.Res.Bull.,1989,24:63-69)等人認為，通過快速淬火只能得到偏鈮酸鉛的非鐵電相；Li(J.MCeram.Soc.，1991,74:42-45)等人則認為通過固相反應合成偏鈮酸鉛粉末，通過熔鹽技^l定正交鐵電相。到目前為止，Jaffe的觀點更為人們所認可，要想在室溫下獲得鐵電相，在燒結時需采用快速冷卻(甚至淬火)或添加穩定劑。由于上面的原因，PbNb206壓電陶瓷材料和元器件的制錢得十分困難，況且鐵電相在常溫下慰艮不穩定的，因而大大限制了這種材料的廣泛應用。多年來雖然在材料的組成上做了許多工作，從置換與摻雜的角度出^t材料改性，取得了很好的效果，但批量生產很難實現，而且性會蹉異極大，極化成品率低，以致不能使用，對應用造成很大的困難，由于偏鈮酸鉛相變引起的體積變化、熱膨脹系數的各向異性、導致試樣極易開裂，使得高溫的偏鈮酸鉛很難燒成。針對這些情況，為PbNbA壓電陶瓷尋找適合大批量生產優良產品的工藝技術己迫切需要。目前己有采用改性的方法主要是用B^+、C離子置換和添加稀土氧化物(例如Ce02、SmA、Te02)進行復合，制備出的高溫壓電陶瓷以滿足應用要求。專利號為93112369.0的壓電陶瓷材料，力口入了稀土元素，進行工業生產造價太高，制備工藝的重復性不好；另夕卜在予鵬禾,結過程為了能得到室溫下的正交鐵電相都需要急冷，冷卻速度〉10(TC/分，冷卻到室溫，這樣很容易引起試樣開裂，使后續的極化成品率降低，船佳在一般的工業條件下大規模生產。降低成本和找到適合大批量生產的工藝技術是非常必要的。
發明內容本發明所要解決的一個技術問題是克月^t述偏鈮酸鉛壓電陶瓷材料的缺點，提供一種居里溫度高、壓電性能好的鎢青銅結構鈮鈦鑭酸鉛高溫壓電陶瓷。本發明所要解決的另一個技術問題在于J^共一種工藝簡單、穩定、易于工業化生產的鎢青銅結構鈮鈦鑭酸鉛高溫壓電陶瓷的制備方法。解決上述技術問題所采用的技術方案是:用通式(PbhLa^)(NbJi5y/4)206表示的材料組成，式中x、y表示組成元素的原子數，x為0.0150.06，y為0.0250.10。用通式(PbhLa2x/3)(Nb^yTi5y/4)20e表示的材料組成，式中x、yg組成元素的原子數，x的優選取值范圍為0.020.05，y的優選取值范圍為0.030.08。用通式(PbhLa2^)(NWyTiw4)2()6表示的材料組成，式中x、y標會1^素的原子數，x的最佳取值為0.045，y的最佳取值為0.05。上述的原料由上海國藥集團化學試劑有限公司生產。上述鎢青銅結構鈮鈦鑭酸鉛高溫壓電陶瓷的帝恪方法如下1、配料合成按上^!式化學計量的PbO，Nb205，La203及Ti02混合，^A尼龍罐中，加入無水乙醇為分散劑和氧化鋯球為球磨介質，氧化鋯球的直徑為315rnm，原料力K乙醇氧化鋯球的重量比為1:2:1.5，用球磨機磨1222小時，織為300轉/分，分離氧化鋯球，將混合料放入^P燥箱內8(TC、5小時烘干，再方j(A研缽中研磨25分鐘，過80目篩。2、預燒^1輛開磨后的料用模具壓成直徑為20mm、厚度為15rara的圓片，置于氧化鋁坩堝內，加蓋，在馬氟爐內850105(TC保溫24小時，自然)t卻到室溫，出爐。3、造粒將予鵬過的燒塊用石腳研細過160目篩，加入重量濃度為6%的聚乙烯醇溶液，加入量為予鵬粉料重量的3%8%，充分攪拌，自然干燥，過120目的篩，制成球狀粉粒。4、制成坯件將造粒后的粉料^CA直徑為15mm的不銹鋼模具內，在450500Mpa壓力下壓成1.5mm的圓柱狀坯件。5、燒結將坯件放入馬氟爐內，45(TC保溫1.5小時進行排塑，繼續升溫，升溫速度31(TC/分鐘，在1210130(TC燒結1.55小時，隨爐自然冷卻到室溫。6、施電極將燒結好的陶瓷表面打磨、拋光至0,81.2mm厚，用功率為100w的超聲波清洗機、頻率為50kHz的超聲波清洗30iH中，晾干，在其上下表面涂覆厚度為0.010.03mm的銀漿，置于電阻爐中80(TC保溫20分鐘，自然冷卻至室溫。7、高壓極化將燒好銀的試樣置于甲基硅油中加熱至120180°C，施加3kV/mm5kV/mm的直流高壓，持續時間為1530分鐘，即得到本發明壓電陶瓷成品。本發明的燒結工藝步驟5中，將坯件放入馬氟爐內，45(TC保溫1.5小時進行排塑，繼續升溫，升溫速度310'C/分鐘，雌在1210129(TC燒結25小時。在極化工藝步驟7中，燒過銀的試樣浸沒于硅油中,加熱至15018(TC，施加3.5kV/咖5kV/咖的直流高壓、持續時間為2030分鐘進行極化。本發明的燒結工藝步驟5中，將坯件MA馬氟爐內，在80(TC下保溫1.5小時進行排塑，繼續升溫，升溫速度5TV射中，最佳在129(TC燒結時間4小時。在極化工藝步驟7中，燒過銀的試樣浸沒于硅油中最佳加熱至160°C、施加4kV/mm的直流高壓、持續時間為20分鐘進行極化。本發明經大量的實驗室研究實驗，實驗結果表明，所制備鉤青銅結構鈮鈦鑭酸鉛高溫壓電陶瓷的性能與文獻^3t的同類陶瓷材料相比，制備工藝簡單，重復性好，成品率高，成本低，居里溫度和Kt與同類陶瓷材料的相近，介電損耗明顯降低，壓電常數d33和平面機電耦合系數K明顯提高。本發明高溫壓電陶瓷可用于制備汽車內置的振動傳麟、控制器的殼體、動態燃料湖噴嘴、大功率超聲跳高溫高頻振動計、高溫流量計、耐高溫分蜂鳴器以及高溫傳麟等器件的高溫壓電陶瓷材料。圖1是x取值不同y為0.025時相同燒結條件壓電陶瓷的X射線衍射譜。圖2是x取值不同y為0.05時相同燒結條件壓電陶瓷的X射線衍射譜。圖3是x取值不同y為0.1時不同燒結條件壓電陶瓷的X射線衍射譜。圖4是x取值不同y為0.025時129(TC燒結4小時壓電陶瓷的介電常數隨環境測試溫度變化曲線。圖5是x取值不同y為0.05時127(TC燒結4小時壓電陶瓷的介電常數隨環境測試溫度變化曲線。圖6是x取值不同y為0.1時125(TC燒結4小時壓電陶瓷的介電常數隨環境測試溫度變化曲線。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，但本發明不限于這些實施例。實施例1以生產本發明產品所用的原料100g為例，x為0.045、y為0.05時，用通式(Pb。.955Lao.o3)(Nb。.95Ti。.o625)A表示的原料及其重量配比為Pb044.36gLa2031.02g歸552.55gTi022.07g其制備方法如下1、配料合成將上述原f4^A尼龍罐中，加入無水乙醇200g為分散劑，氧化鋯球150g為球磨介質，氧化鋯球的直徑為315mm，即原料無水乙醇氧化鋯球的重量比為1:2:1.5,用球磨機磨17小時，^!為300轉/分，分離氧化鋯球，將混合料方j^A干燥箱內8(TC、5小時烘干，再放入研缽中研磨25分鐘，過80目篩。2、預燒^開磨后的料用模具壓成直徑為20mm、厚度為15mm的圓片，置于氧化鋁坩堝內，加蓋，在馬氟爐內900'C保溫3小時，自然冷卻到室溫，出爐。3、造粒將予鵬過的燒塊用石腳研細過160目篩，加入重量濃度為6%的聚乙烯醇溶液5g，加入量為預燒粉料重量的5%，充分攪拌，自然干燥，過120目的篩，制成球狀4、制成坯件將造粒后的粉料方MJ[徑為15咖的不銹鋼模具內，在480Mpa壓力下壓成厚度為1.5mm的圓柱狀坯件。5、燒結將坯件放入馬氟爐內，45(TC保溫1.5小時進行排塑，繼續升溫，升溫速度8'C/分鐘，在129(TC燒結4小時，然后隨爐自然冷卻到室溫。6、施電極將燒結好的陶瓷表面打磨、拋光至0.81.2mm厚，具體厚度根據所使用的設備進行確定，用功率為100w的超聲波清洗機、頻率為50kHz的超聲波清洗30射中，晾干，在其上下表面涂覆厚度為0.010.03mm的銀漿，置于電阻爐中800。C保溫20分鐘，自然冷卻至室溫。7、高壓極化將燒好銀的試樣置于甲基硅油中加熱至16(TC，施加4kV/mm的直流高壓，持續時間為20分鐘進行極化，即得到本發明壓電陶瓷成品。實施例2以生產本發明產品所用的原料100g為例，x為0.015、y為0.025時，用通式(Pb(x鵬Lao.(n)(Nb。.975Ti。.Q3125)206表示的原料及其重量配比PbO45.27gLa2030.34g歸553.36gTi021.03g其制備方法如下將原料^A尼龍罐中，加入無水乙醇200g為分散劑，氧化鋯球150g為球磨介質，該工藝步驟的其它步驟與實施例1相同。在予鵬工藝步驟2中，#5開磨后的料用模具壓成直徑為20mm、厚度為15mm的圓片，置于氧化鋁柑堝內，加蓋，在馬氟爐內85(TC保溫4小時，自然7柳到室溫，出爐。在造粒工藝步驟3中，予^31的燒±央用研缽研細過160目篩，加入重量濃度為6%的聚乙烯醇水溶液3.Og，充分攪拌，自然:^燥，過120目的篩，制成球狀粉粒。在制成坯件工藝步驟4中，將造粒后的粉料方M直徑為15mm的不辦附莫具內，在450Mpa壓力下壓成厚度為1.5ram的圓柱狀坯件。在燒結工藝步驟5中，將坯件放入馬氟爐內，45(TC保溫1.5小時進行排塑，繼續升溫，升^I度3'C/射中，125(TC燒結4小時，隨爐自然冷卻到室溫。在高壓極化工藝步驟7中，燒過銀的試樣浸沒于甲基硅油中加熱至120°C，施力口5kV/mm的直流高壓，持續時間為30辦中進行極化。其它工藝步驟與實施例1相同。實施例3以生產本發明產品所用的原料100g為例，x為0.06、y為0.10時，用通式(Pb。,94Lao.04)(Nb。.9Ti。.125)A表示的原料及其重量配比PbO44.12gLa2031.37gNb20550.31gTi024.20g其制備方法如下將原料裝入尼龍罐中，加入無水乙醇200g為分散劑，氧化鋯球150g為球磨介質，該工藝步驟的其它步驟與實施例1相同。在預燒工藝步驟2中，將研磨后的料用模具壓成直徑為20mm、厚度為15mm的圓片，置于氧化鋁坩堝內，加蓋，在馬氟爐內105(TC保溫2小時，自然冷卻到室溫，出爐。在造粒工藝步驟3中，預燒過的燒塊用f^研細過160目篩，加入重量濃度為6。/。的聚乙烯醇水溶液8g，充分攪拌，自然千燥，過120目的篩，制成球狀粉粒。在制成坯件工藝步驟4中，將造粒后的粉料放入直徑為15mm的不銹鋼模具內，在500Mpa壓力下壓成厚度為1.5mm的圓柱狀坯件。在燒結工藝步驟5中，將坯件放入馬氟爐內，45(TC保溫1.5小時進行排塑，繼續升溫，升鵬度10'C/分鐘，121(TC燒結4小時，隨爐自然冷卻到室溫。在高壓極化工藝步驟7中，燒過銀的試樣浸沒于甲基硅油中加熱至180°C，施加3kV/mm的直流高壓，持續時間為15分鐘進行極化。其它工藝步驟與實施例1相同。實施例4以生產本發明產品所用的原料100g為例，x為0.015、y為0.10時，用通式(PUiLa^)(Nb。.9Ti。.125)A表示的原料及其重量配比Pb045.74gLa2030.34gNb20549.77gTi024.15g其制備方法如下-在燒結工藝步驟5中，將坯件方從馬氟爐內，1230。C燒結4小時，隨爐自然冷卻到室溫。其它步驟與實施例1相同。實施例5以生產本發明產品所用的原料lOOg為例，x為0.06、y為0.025時，用通式(Pb。,94Lao.04)(Nb。.975Ti,125)206表示的原料及其重量配比PbO43.67gLa2031，36gNb20553.93gTi021.04g其制備方法如下在燒結工藝步驟5中，將坯件方從馬氟爐內，130(TC燒結4小時，隨爐自然冷卻到室溫。其它步驟與實施例l相同。實施例6以生產本發明產品所用的原料lOOg為例，x為0.03、y為0.025時，用通式(Pb。.97Lao.。2)(Nb隱Ti。,畫)A表示的原料及其重量配比PbO44.74gLa2030.67gNb20553.56gTi021.03g其制備方法如下將原料裝入尼龍罐中，加入無水乙醇200g為分散劑，氧化鋯球150g為球磨介質，該工藝步驟的其它步驟與實施例1相同。在預燒工藝步驟2中，纟^5開磨后的料用模具壓戯徑為20mm、厚度為15mm的圓片，置于氧化鋁坩堝內，加蓋，在馬氟爐內95(TC保溫3小時，自然冷卻到室溫，出爐。在造粒工藝步驟3中，予鵬過的燒土細石if^研細過160目篩，加入重量濃度為6呢的聚乙烯醇水溶液6g,充分攪拌，自然干燥，過120目的篩，制成球狀粉粒。在燒結工藝步驟5中，將坯件放入馬氟爐內，45(TC保溫1.5小時進行排塑，繼續升溫，升鵬度8。C/分鐘，1290。C燒結5小時，隨爐自然冷卻到室溫。在高壓極化工藝步驟7中，燒過銀的試,沒于甲基硅油中加熱至160。C，施加4kV/mm的直流高壓，持續時間為20^H中進行極化。其它工藝步驟與實施例l相同。實施例7以生產本發明產品所用的原料100g為例，x為0.03、y為0.05時，用通式(Pb。.97Lao.。2)(Nba95Ti。.。325)206表示的原料及其重量配比PbO44.89gLa2030.68g歸552.36gTi022.07g其制備方法如下將原料裝入尼龍罐中，加入無水乙醇200g為分散劑，氧化鋯球150g為球磨介質，該工藝步驟的其它步驟與實施例1相同。在造粒工藝步驟3中，預燒過的燒土央用石if^研細過160目篩，加入重量濃度為6%的聚乙烯醇水溶液6g,充分攪拌，自然千燥，過120目的篩，制成球狀粉粒。在燒結工藝步驟5中，將還件方j(A馬氟爐內，45(TC保溫1.5小時進行排塑，繼續升溫，升溫速度8。C/併中，1270。C燒結1.5小時，隨爐自然冷卻到室溫。在高壓極化工藝步驟7中，燒過銀的試樣浸沒于甲基硅油中加熱至16(TC，施加4kV/ram的直流高壓，持續時間為20分鐘進行極化。其它工藝步驟與實施例l相同。為了確定本發明的最佳配比以及最佳工藝步驟，發明AiS行了大量的實驗室研究實驗，各種實驗情況如下-實驗儀器高精度電子天平，型號為PrecisaXT,由瑞士生產；高精度電感電阻測試儀，型號為AgilentE4980A，由安捷倫科技有限公司生產；高溫介電溫譜測試系統，型號為GJW-I，由西安交通大學電子材f4ff究所研制，精密阻抗分析儀，型號為Agilent4294A，由安捷倫禾根有限公司生產；直流電壓源，型號為SRS350,由美國StanfordResearchSystems,INC生產；準靜態d33測試儀，型號為ZJ-4A，由中科院聲學研究所生產；X射線衍射儀(D/max-2200),由日本理學公司生產。1、y為0.025不同La含量不同燒結溫度對壓電陶瓷各項性能的影響將原料置于千燥箱內120。C干燥5小時，按通式(Pb,-丄aJ(NbJi5y/4)206進行配料，式中y為0.025，x分別為0.015、0.03、0.045、0.06，濕法球磨22小時，出料，烘干，再方J(A研缽中研磨25分鐘，過80目篩，#5開磨后的料用模具壓成直徑為20ram、厚度為15mm的圓片，IOO(TC鵬3.5小時，將燒結快用研缽研碎，再用濕法球磨12小時，出料，80°C、4小時烘干，用研缽磨20分鐘過120目篩，添加重量濃度為6%的聚乙烯醇造粒，添加量為預燒粉料重量的5%，在480Mpa壓力下單軸壓制成型，450。C保溫1.5小時進行排塑，升鵬度5。C/射中，12501290。C燒結4小時，隨爐自然冷卻到室溫。燒結的陶瓷冷卻后打磨拋光，用超聲波清洗，上銀電極，80(TC燒銀20射中，使銀與陶瓷表面實現,接觸，用于介電性能領賦。然后將燒過電極的試樣進行高溫溫譜測試得到居里溫度Te，電容和介電損耗tanS通過下式計算介電常數er=4Ct/(3ie〇d2)(1)式中，t為陶瓷片的厚度，"為真空介電常數(8.85*10，/111)，d為陶瓷片的直徑。把測過溫譜的試樣置于16(TC的硅油中施加3kV/mm5kV/咖的直流高壓，持續時間為30分鐘，得到壓電陶瓷成品。用準靜態測試儀測量壓電陶瓷成品的壓電常數ds3。按下式計算相對密度P艦=P體/P鵬x1000/0(2)式中，P^為壓電陶瓷的體密度有高精度電子天平測得，P,為陶瓷的理論密度(它是由X射線衍射晶胞參數精修得到)。在安捷倫4294A上進衍皆振反諧振測試，得到諧振頻率和反諧振頻率，按(3)式計算平面機電耦合系數Kp，按(4)式計算厚度機電耦合系數Kt，按(5)式計算機械品質因素Qm:Kp二[(O.395fr)/(fa-fr)+0.574]-1/2(3)Kt二[(Jifr/2fa)tan[:n(fa-fr)/2fa]]1/2(4)Q=[fa/2(fa-fr)](ZyZr)(5)式中，fr為諧振頻率，fa為反諧振頻率，Za為諧振時所對應斷皆振阻抗，Zr為反諧振時所對應的反諧振阻抗。測試和計算結果見表1。表1y為0.025時不同La含量不同燒結旨對壓電陶瓷性能的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>由表1可見，y為0.025，La賴為0.015M).06mo1、^§驗為12501300°C、燒結時間相同，戶賴恪的陶瓷的相對密度均在95%以上，居里鵬都在526。C以上，La含量增大時居里纟鵬會有所下降。對相同La含量不同燒結鵬制備的壓電陶瓷，隨著燒結溫度升高介電常數變大；隨著燒結溫度升高居里溫度也有升高的趨勢；在125013(XTC燒結溫度范圍內，壓電陶瓷的各項性能指標都較好，其中在1290'C燒結的壓電陶瓷的各項性能最佳。Y含量為0.025、La含量為0.0150.06mo1，127(TC燒結4小時所制備的壓電陶瓷的X射線譜見圖1。由圖l可見，所燒結的壓電陶瓷均為鐵電性正交相結構。Y含量為0.025、La含量為0.0150.06mo1，127(TC燒結4小時所制備的壓電陶瓷的介電常數隨環境測試溫度變化曲線見圖4。在圖4中，曲線a是La含量為0.015mol所制備的壓電陶瓷的介電溫譜曲線，曲線b是La含量x為0.03mol所制備的壓電陶瓷的介電纟顯譜曲線，曲線c是La含量為0.045mol所制備的壓電陶瓷的介電溫譜曲線，曲線d是La含量為0.06mol所制備的壓電陶瓷的介電溫譜曲線。由圖4可見，介電常數從室溫到40(TC變化很小，從室溫到40(TC驢穩定性很好，雖然居里驗隨La含量的增加有所下降、但材料的居里驢都在52CTC以上，有利于高溫下使用。2、y為0.05不同La含量不同燒結溫度對壓電陶瓷各項性能的影響按通式(PbhLa2x/3)(NbhTi5y,4)206進行配料，式中y為0.05，x分別為0.015、0.03、0.045、0.06,實驗方法與實驗1相同，制備壓電陶瓷所用測試儀器與實驗1相同，相對密度按上面(l)式計算，介電常數按(2)式計算，平面機電耦合系數Kp按(3)計算，厚度機電耦合系數Kt按(4)計算，機械品質因素Q^按(5)式進行計算。測試及計算結果見表2。表2y為0.05時不同La含量不同燒結溫度對壓電陶瓷的各項性能的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>由表2可見，當Ti含量y為0.05，La含量為0.0150.06mo1、燒結溫度為1250130(TC、燒結時間相同，所制備的壓電陶瓷的相對密度均在95%以上，居里驢都在492°C以上當La含量增大時居里鵬下降幅度較大。對相同La含量不同燒結驢制備的壓電陶瓷，隨著燒結驗升高介電常數變大；隨著燒結驢升高居里S^t升高的徵;^^^g圍內，壓電陶瓷的各項性離靜赫l^i子，在1270°C129(TC燒結的壓電陶瓷的各項性能指標較佳。Y含量為0.05、La含量為0.0150.06mo1，127(TC燒結4小時所制備的壓電陶瓷的X射線譜見圖2，由圖2可見，所燒結的壓電陶瓷均為鐵電性正交相結構。Y含量為0.05、La含量為0.0150.06mo1，1270。C燒結4小時所制備的壓電陶瓷的介電常數隨環境測i^g變化曲線見圖5，在圖5中，曲線a是La含量為0.015mol所制備的壓電陶瓷的介電溫譜曲線，曲線b是La含量為0.03mol所制備的壓電陶瓷的介電溫譜曲線，曲線c是La含量為0.045mol所制備的壓電陶瓷的介電溫譜曲線，曲線d是La含量為0.06mol所制備的壓電陶瓷的介電溫譜曲線。由圖5可見，介電常l^人室溫到40(TC變化很小，從室溫到40(TC鵬穩定性很好，雖然居里溫度隨La含量的增加有很大下降、但材料的居里皿都在492'C以上，能滿足高溫下使用。3、y為0.1不同La含量不同燒結溫度對壓電陶瓷各項性能的影響按通式(Pb卜xLa2x/3)(NbhTisw)A進行配料，式中y為0.1，x分別為0.015、0.03、0.045、0.06，燒結溫度為12101270°C，實驗方法與實驗1相同，制備的壓電陶瓷所用的測試儀器與實驗1相同，相對密度按(l)式計算，介電常數按(2)式計算，平面機電耦合系數Kp按(3)計算，厚度機電耦合系數Kt按(4)計算，機械品質因素Q^按(5)式進行計算。測試與計算結果見表3。表3y為0.1時不同La含量不同燒結溫度對陶瓷的各項性能的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>從表3可見，當Ti含量y為0.1,La含量為0.0150.06mol，燒結溫度為12101270°C、燒結時間相同，所制備的壓電陶瓷的相對密度均在95%以上，居里溫度都在491°C以上當La含量增大時居里驢下降幅度較大，^燒結驢范圍也相對下降。對相同La含量不同燒結驢制備的壓電陶瓷，隨著燒結驗升高介電常數變大；隨著燒結溫度升高居里溫度也有升高的趨勢；在燒結溫度范圍內，所制備的壓電陶瓷的各項性能指標都較好，在1230'C125(TC燒結戶賴ij備的壓電陶瓷的各項性能指標較佳。Y含量為O.1、La含量為0.0150.06mol，125(TC燒結4小時所制備的壓電陶瓷的X射線譜見圖3，由圖3可見，所燒結的壓電陶瓷均為鐵電性正交相結構。Y含量為0.05、La含量為0.0150.06mo1，1250。C燒結4小時所制備的壓電陶瓷的介電常數隨環境測說^g變化曲線見圖6，在圖6中，曲線a是La含量為0.015mol所制備的壓電陶瓷的介電溫譜曲線，曲線b是La含量為0.03mol所制備的壓電陶瓷的介電溫譜曲線，曲線c是U含量為0.045mol所制備的壓電陶瓷的介電溫譜曲線，曲線d是La含量為0.06mol所制備的壓電陶瓷的介電溫譜曲線。由圖6可見，介電常數從室溫到40(TC變化很小，從室溫到40(TC驢穩定性很好，雖然居里溫度隨La含量的增加有很大下降、但材料的居里溫度都在49rC以上，能滿足高溫下使用。4、相同燒結溫度不同燒結時間對壓電陶瓷各項性能的影響按通式(PbhLa^)(NbhTi5y/4)20e，式中x為0.03，y分別為0.025、0.05、0.1，豐S^上面i^^^^^^^aS和組分，對y為0.025的組^^職結鵬為1290°C;對y為0.05的組分選取燒結溫度為1270°C;對y為0.1的原料組分選取燒結皿為1250'C;燒結時間分別為1.5、3、5小時，其它工藝步驟與實驗l相同。制備的壓電陶瓷所用測試儀器與試驗1相同，介電常數按(l)式計算，相對密度按(2)式計算，平面機電耦合系數Kp按(3)式計算，厚度機電耦合系數Kt按(4)式計算，機械品質因素Q^按(5)式進行計算。測試和計算結果見表4。由表4可見,對不同組分壓電陶瓷在各自的燒結條件下，隨^^燒結時間的增加，通式為(PbhLaJ(NbhTiw4)206的陶瓷的相對密度先增大后減小，其中燒結時間為35小時燒結的壓電陶瓷各項性能指標樹〖子，燒結時間4小時戶賴'j備的壓電陶瓷各項性能指標最佳。本發明選擇燒結時間為1.55小時，最佳燒結時間4小時。表4相同燒結溫度不同燒結時間對壓電陶瓷各項性能的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>為了^JE本發明的有益效果，發明A^用本發明實施例l帝U備的鎢青銅結構鈮鈦鑭酸鉛高溫壓電陶瓷進行了測試和計算，測試和計算結果與現有文獻報道的高溫壓電陶瓷材料進行比較。測試和計算結果見表5。表5本發明高溫壓電陶瓷材料與現有的高溫壓電陶瓷材料性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>由表5可見，本發明鎢青銅結構鈮鈦鑭酸鉛高溫壓電陶瓷與現有的壓電陶瓷材料相比，d33大幅度提高，介電損耗降低，機電耦合系數也得到很大提高，特別是平面機耦合系數遠高于己有材料，介電常數能在一個較大的范圍內調節，居里，在改性過程中基本沒有下降。權利要求1.一種鎢青銅結構鈮鈦鑭酸鉛高溫壓電陶瓷，其特征在于用通式(Pb1-xLa2x/3)(Nb1-yTi5y/4)2O6表示的材料組成，式中x、y表示組成元素的原子數，x為0.015～0.06，y為0.025～0.10。2、按照權利要求1所述的鎢青銅結構鈮鈦鑭酸鉛高溫壓電陶瓷，其特征在于:在通式(PbhLa2x/3)(NbhTisy/4)206表示的材料中，其中x為0.020.05、y為0.030.08。3、按照權利要求1所述的鉤青銅結構鈮鈦鑭酸鉛高溫壓電陶瓷，其特征在于:在通式(PbhLa2x/3)(NbhTi5y/4)A表示的材料中，其中x為0.045、y為0.05。4、一種制備權利要求1所述的鉤青銅結構鈮鈦鑭酸鉛高溫壓電陶瓷的制備方法，其特征在于它包括下述步驟(1)配料合成按上皿式化學計量的PbO，Nb205，La2()3及Ti02混合，^A尼龍罐中，加入無tR乙醇為分散劑和氧化鋯球為球磨介質，氧化鋯球的直徑為315咖，原料^7jC乙醇氧化鋯球的重量比為1:2:1.5，用球磨機磨1222小時，繊為300轉/分，分離氧化鋯球，將混合料方W千燥箱內S0。C、5小時烘干，再方認研缽中研磨25分鐘，過80目篩；(2)預燒將研磨后的料用模具壓成直徑為20mm、厚度為15mm的圓片，置于氧化鋁柑堝內，加蓋，在馬氟爐內850105(TC保溫24小時，自然冷卻到室溫，出爐；(3)造粒將予鵬過的燒i細研缽研細過160目篩，加入重量濃度為6%的聚乙烯麟液，加入量為，粉料重量的3%8%,充分攪拌，自然干燥，過120目的篩，制成球狀粉粒；(4)制成坯件將造粒后的粉料方J[A直徑為15mm的不辦附莫具內，在450500Mpa壓力下壓成1.5mm的圓柱狀坯件；(5)燒結將還件方JCA馬氟爐內，45(TC保溫1.5小時進行排塑，升溫速度310。C/分鐘，在1210130(TC燒結1.55小時，隨爐自然冷卻到室溫；(6)施電極將燒結好的陶瓷表面打磨、拋光至0.81.2mm厚，用功率為100w的超聲波清洗機、頻率為50kHz的超聲波清洗30辦中，晾干，在其上下表面涂覆厚度為0.010.03mm的銀漿，置于電阻爐中800。C保溫20分鐘，自然冷卻至室溫；(7)高壓極化將燒好銀的試樣置于甲基硅油中加熱至120180°C，施加3kV/mm5kV/咖的直流高壓，持續時間為1530分鐘，即得到本發明壓電陶瓷成品。5、按照權利要求4所述的鎢青銅結構鈮鈦鑭酸鉛高溫壓電陶瓷的制備方法，其特征在于在燒結工藝步驟(5)中，將還件放入馬氟爐內，45(TC保溫1.5小時進行排塑，繼續升溫，升溫速度31(TC/分鐘，其中在1210129(TC燒結25小時；在極化工藝步驟(7)中，燒過銀的試樣浸沒于硅油中其中加熱至15018(TC，施加3.5kV/mm5kV/mm的直流高壓、持續時間為2030分鐘進行極化。6、按照權利要求4所述的鎢青銅結構鈮鈦鑭酸鉛高溫壓電陶瓷的制備方法，其特征在于在燒結工藝步驟(5)中，將還件放入馬氟爐內，45(TC保溫1.5小時進行排塑，繼續升溫，升溫皿5TV分鐘，其中在129(TC燒結4小時；在極化工藝步驟(7)中，燒過銀的試樣浸沒于硅油中其中加熱至16(TC、施加4kV/mm的直流高壓、持續時間為20分鐘進行極化。全文摘要一種鎢青銅結構鈮鈦鑭酸鉛高溫壓電陶瓷，用通式(Pb_1-xLa_2x/3)(Nb_1-yTi_5y/4)₂O₆表示的材料組成，式中x、y表示組成元素的原子數，x為0.015～0.06，y為0.025～0.10。其制備方法包括配料合成、預燒、造粒、制成坯件、燒結、施電極、高壓極化工藝步驟。本發明經實驗研究，結果表明，所制備鎢青銅結構鈮鈦鑭酸鉛高溫壓電陶瓷的性能與文獻報道的同類陶瓷材料相比，制備工藝簡單、重復性好、成品率高、成本低，居里溫度和K_t與同類陶瓷材料的相近，介電損耗明顯降低，壓電常數d₃₃和平面機電耦合系數K_p明顯提高。本發明高溫壓電陶瓷可用于制備振動傳感器、控制器的殼體、動態燃料注射噴嘴、大功率超聲器件、高溫高頻振動計、高溫流量計以及高溫傳感器等器件。文檔編號C04B35/622GK101265093SQ20081001809公開日2008年9月17日申請日期2008年4月30日優先權日2008年4月30日發明者鵬劉,波王,門高麗申請人:陜西師范大學