專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高壓電應(yīng)變常數(shù)織構(gòu)壓電陶瓷制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高壓電應(yīng)變常數(shù)(001)
織構(gòu)壓電陶瓷制備方法。
背景技術(shù)：
目前關(guān)于壓電陶瓷制備方法公開(kāi)的技術(shù)，包括已申請(qǐng)專(zhuān)利，大多用于模板
晶粒生長(zhǎng)法(TGG方法)制備織構(gòu)化PMNT陶瓷的種晶為SrTi03和SrBi4Ti4015。
雖然已經(jīng)使用這兩種種晶制備出了織構(gòu)度較高的PMNT陶瓷，但都存在本質(zhì)缺 陷。SrTi03和SrBi4Ti4015晶體的晶格常數(shù)與PMNT相差2.5%。晶格錯(cuò)配使PMNT 基體晶粒在SrTiCb和SrBi4Ti40^種晶表面外延形核生長(zhǎng)時(shí)存在較大應(yīng)力，生長(zhǎng) 緩慢。此外，在TGG法制備織構(gòu)化PMNT陶瓷的過(guò)程中，需添加PbO作為液 相助燒劑。但SrTi03和SrBUTUCh5種晶在富鉛中難以穩(wěn)定存在，易與PMNT基 體反應(yīng)形成固溶體而喪失種晶的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的高壓電應(yīng)變常數(shù)織構(gòu)壓電陶瓷制備方法， 解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種高壓電應(yīng)變常數(shù)織構(gòu)壓電陶瓷制備方法，包括如下步驟
1) 按照Pb(Mg1/3Nb2/3)03-32.5%PbTi03化學(xué)計(jì)量比混合化學(xué)純PbO， MgNb206， Ti02球磨6-10h，并在800-850°C低溫下預(yù)燒4-6小時(shí)得到 PMN-32.5PT基體粉；
2) 將基體粉加入包括溶劑和分散劑的溶解體系的球磨罐中球磨8-12h，所 述的基體粉溶劑分散劑=25-35: 8-10: 0.5-1 (質(zhì)量比)；
3) 將增塑劑和粘結(jié)劑溶于溶劑后加入球磨罐中球磨8-12h,所述的增塑劑:粘結(jié)劑溶劑=1_5: 1.5-3: 8-10 (質(zhì)量比)；
4) 將種晶BaTi03溶于溶劑和分散劑后加入球磨罐中，所述的晶種溶劑: 分散劑=1-2: 5-8: 0.1-0.3 (質(zhì)量比)；
5) 將助熔劑加入球磨罐中，所述的助熔劑為總體系體積分?jǐn)?shù)的0.5-3 wt% PbO，磁力攪拌使之混合均勻，然后以5 cm/sec的速度流延得到200 itim厚度的 基片；
6) 將得到的基片疊層并80。C真空熱壓5min，之后80°C熱壓8h，使之成 型并進(jìn)行冷等靜壓處理并在700°C常壓下排膠lh，在850-950°C，壓強(qiáng)60-90MPa 的熱壓燒結(jié)條件下燒結(jié)30min得到成品。
優(yōu)選的方案是 一種高壓電應(yīng)變常數(shù)織構(gòu)壓電陶瓷制備方法，包括如下步
1) 按照Pb(Mg1/3Nb2/3)Or32.5%PbTi03化學(xué)計(jì)量比混合化學(xué)純PbO， MgNb206， Ti02球磨6-10h，并在800-850°C低溫下預(yù)燒4-6小時(shí)得到 PMN-32.5PT基體粉；
2) 將基體粉加入包括溶劑和分散劑的溶解體系的球磨罐中球磨8-12h，所 述的基體粉溶劑分散劑=25-35: 8-10: 0.5-1 (質(zhì)量比)；
3) 將增塑劑和粘結(jié)劑溶于溶劑后加入球磨罐中球磨8-12h，所述的增塑劑
粘結(jié)劑溶劑=1-5: 1.5-3: 8-10 (質(zhì)量比)；
4) 將種晶BaTi03溶于溶劑和分散劑后加入球磨罐中，所述的晶種溶劑 分散劑=1-2: 5-8: 0.1-0.3 (質(zhì)量比)；
5) 將助熔劑加入球磨罐中，所述的助熔劑為總體系體積分?jǐn)?shù)的0.5-3 wt% PbO，磁力攪拌使之混合均勻，然后以5 cm/sec的速度流延得到200 iim厚度的 基片；
6) 將得到的基片疊層并80。C真空熱壓5min，之后80°C熱壓8h，使之成 型并進(jìn)行冷等靜壓處理并在700°C常壓下排膠lh，在800-850 。C進(jìn)行SPS燒結(jié) 2-4min，然在02氣氛中燒結(jié)，升溫速度5-10° C/min，在1100-1200。C保溫4 h，
然后隨爐冷卻得到成品。更為優(yōu)選的方案是所述的溶劑為乙醇-丁酮共沸物。 更為優(yōu)選的方案是所述的分散劑為蓖麻油。
更為優(yōu)選的方案是所述的增塑劑包括鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)和鄰苯 二甲酸二庚酯(DHP)，所述的DBP: DHP=1: 1 (質(zhì)量比)。
更為優(yōu)選的方案是所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇縮丁醛(PVB)。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
本發(fā)明采用Topochemical方法合成的微米級(jí)片狀BaTi03晶體作為種晶，通過(guò) 控制其表面附著PbO燒結(jié)助劑的量比，使之達(dá)到了燒結(jié)后與PMNT陶瓷基體達(dá)到 良好匹配的程度，并通過(guò)良好的后期熱處理工藝使得陶瓷坯體致密度達(dá)到98%以 上，從而獲得了高品質(zhì)的高壓電應(yīng)變常數(shù)的(001)織構(gòu)壓電陶瓷。本發(fā)明制得的 陶瓷相比傳統(tǒng)壓電陶瓷的壓電應(yīng)變常數(shù)(133高15% 30%，這在大位移壓電驅(qū)動(dòng)器 中具有重要意義。同時(shí)相比同類(lèi)的SrTiO3和SrBi4Ti4O,5為種晶制備的(001)織構(gòu)壓 電陶瓷，本產(chǎn)品不但性能上略占優(yōu)勢(shì)，而且有更好的穩(wěn)定性和更高的可靠性。 本發(fā)明采用了工業(yè)生產(chǎn)中較為成熟的流延工藝和熱壓燒結(jié)技術(shù)，因此成本相對(duì) 較低。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l
本實(shí)施例采用如下工藝，配料及步驟如表1所示
1) 按照Pb(Mg1/3Nb2/3)03-32.5%PbTi03化學(xué)計(jì)量比混合化學(xué)純PbO， MgNb206， Ti02球磨6-10h，并在800-850。C低溫下預(yù)燒4-6小時(shí)得到 PMN-32.5PT基體粉(PMN-32.5PT);
2) 將基體粉(PMN-32.5PT)加入包括溶劑和分散劑的溶解體系的球磨罐中 球磨12h，所述的基體粉為30g，溶劑(乙醇-丁酮共沸物)為10g:分散劑(蓖
麻油)為0.5-lg;
3) 將增塑劑(DBP+DHP) 2-4g (DBP: DHP=1: 1)和粘結(jié)劑(PVB) 1.5-3g
溶于溶劑(乙醇-丁酮共沸物)10g后加入球磨罐中球磨12h;
64) 將種晶BaTi03l-2g，尺寸大約為10 /zmx10 ^mxl ^m，溶于溶劑(乙 醇-丁酮共沸物)5g和分散劑(蓖麻油)為0.1-0.3g后加入球磨罐中；
5) 將助熔劑加入球磨罐中，所述的助熔劑為總體系體積分?jǐn)?shù)的0.5-3 wt% PbO，磁力攪拌使之混合均勻，然后以5 cm/sec的速度流延得到200 pm厚度的 基片；
6) 將得到的基片疊層并80°C真空熱壓5min,之后80°C熱壓8h，使之成 型并進(jìn)行冷等靜壓處理并在700°C常壓下排膠lh，在850-950°C，壓強(qiáng)60-90MPa 的熱壓燒結(jié)條件下燒結(jié)30min得到成品。
實(shí)施例2
本實(shí)施例采用如下工藝，配料及步驟如表1所示
1) 按照Pb(Mg/3Nb2/3)03-32.5%PbTi03化學(xué)計(jì)量比混合化學(xué)純PbO， MgNb206， Ti02球磨6-10h，并在800-850°C低溫下預(yù)燒4-6小時(shí)得到 PMN-32.5PT基體粉(PMN-32.5PT);
2) 將基休粉(PMN-32.5PT)加入包括溶劑和分散劑的溶解體系的球磨罐中 球磨12h，所述的基體粉為30g，溶劑(乙醇-丁酮共沸物)為10g:分散劑(蓖 麻油)為0.5-lg;
3) 將增塑劑(DBP+DHP) 2-4g (DBP: DHP=1: 1)和粘結(jié)劑(PVB) 1.5-3g 溶于溶劑(乙醇-丁酮共沸物)10g后加入球磨罐中球磨12h;
4) 將種晶BaTi03l-2g，尺寸大約為10 /zmxl0 〃mxl 〃m，溶于溶劑(乙 醇-丁酮共沸物)5g和分散劑(蓖麻油)為0.1-0.3§后加入球磨罐中；
5) 將助熔劑加入球磨罐中，所述的助熔劑為總體系體積分?jǐn)?shù)的0.5-3 wt% PbO，磁力攪拌使之混合均勻，然后以5 cm/sec的速度流延得到200 iam厚度的 基片；
6) 將得到的基片疊層并80。C真空熱壓5min，之后80°C熱壓8h，使之成 型并進(jìn)行冷等靜壓處理并在700°C常壓下排膠lh，在800-850 °C進(jìn)行SPS燒結(jié) 2-4min，然在02氣氛中燒結(jié)，升溫速度5-10° C/min，在1100-1200°C保溫4 h，
然后隨爐冷卻得到成品。本實(shí)施例得到的產(chǎn)品比實(shí)施例1獲得高壓電應(yīng)變常數(shù)(001)織構(gòu)壓電陶瓷 的更致密，壓電應(yīng)變常數(shù)更高。
表1實(shí)施例1或2的配料及步驟步驟配料含量(g)
配料基體粉PMN-32.5PT30
溶劑乙醇-丁酮共沸物10
分散劑蓖麻油0.5-1
混料球磨12h
配料增塑劑1: DBP1-2
增塑劑2: DHP1-2
粘結(jié)劑PVB1.5-3
溶劑乙醇-丁酮共沸物10
混料球磨12h
禾中晶BaTi031-2
溶劑乙醇-丁酮共沸物
分散劑蓖麻油0.1-0.3
實(shí)施例3
本實(shí)施例采用如下工藝，配料及步驟如表1所示
1) 按照Pb(Mg1/3Nb2/3)Or32.5%PbTi03化學(xué)計(jì)量比混合化學(xué)純PbO， MgNb206， Ti02球磨10h，并在800-850°C低溫下預(yù)燒6小時(shí)得到PMN-32.5PT 基體粉(PMN-32.5PT);
2) 將基體粉(PMN-32.5PT)加入包括溶劑和分散劑的溶解體系的球磨罐中 球磨12h，所述的基體粉為25g，溶劑(乙醇-丁酮共沸物)為8g:分散劑(蓖 麻油)為0.5g;
3) 將增塑劑(DBP+DHP) 2g (DBP: DHP=1: 1)和粘結(jié)劑(PVB) 1.5g 溶于溶劑(乙醇-丁酮共沸物)10g后加入球磨罐中球磨12h;
4) 將種晶BaTi03lg，尺寸大約為10 〃mx10 ^mxl ^m，溶于溶劑(乙醇 -丁酮共沸物)5g和分散劑(蓖麻油)為0.1g后加入球磨罐中；
5) 將助熔劑加入球磨罐中，所述的助熔劑為總體系體積分?jǐn)?shù)的0.5wt% PbO，磁力攪拌使之混合均勻，然后以5 cm/sec的速度流延得到200 pm厚度的基片； 6)將得到的基片疊層并80°C真空熱壓5min，之后80°C熱壓8h，使之成
型并進(jìn)行冷等靜壓處理并在700°C常壓下排膠lh，在850-950°C，壓強(qiáng)60-90MPa
的熱壓燒結(jié)條件下燒結(jié)30min得到成品。 實(shí)施例4
本實(shí)施例采用如下工藝，配料及步驟如表1所示
1) 按照Pb(Mg1/3Nb2/3)Or32.5%PbTi03化學(xué)計(jì)量比混合化學(xué)純PbO， MgNb206， Ti02球磨10h，并在800-850。C低溫下預(yù)燒6小時(shí)得到PMN-32.5PT 基體粉(PMN-32.5PT);
2) 將基體粉(PMN-32.5PT)加入包括溶劑和分散劑的溶解體系的球磨罐中 球磨12h，所述的基體粉為35g，溶劑(乙醇-丁酮共沸物)為10g:分散劑(蓖 麻油)為lg;
3) 將增塑劑(DBP+DHP) 4g (DBP: DHP=1: 1)和粘結(jié)劑(PVB) 3g溶
于溶劑(乙醇-丁酮共沸物)lOg后加入球磨罐中球磨12h;
4) 將種晶BaTi032g，尺寸大約為10 //mx10 //mxl /zm，溶于溶劑(乙醇 -廠酮共沸物)5g和分散劑(蓖麻油)為0.1-0.3g后加入球磨罐中；
5) 將助熔劑加入球磨罐中，所述的助熔劑為總體系體積分?jǐn)?shù)的3 wt%PbO， 磁力攪拌使之混合均勻，然后以5 cm/sec的速度流延得到200 厚度的基片；
6) 將得到的基片疊層并80°C真空熱壓5min，之后80°C熱壓8h，使之成 型并進(jìn)行冷等靜壓處理并在700°C常壓下排膠lh，在800-850 °C進(jìn)行SPS燒結(jié) 2隱4min，然在02氣氛中燒結(jié)，升溫速度5-10° C /min，在1100-1200°C保溫4 h， 然后隨爐冷卻得到成品。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不 能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替 換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于發(fā)明型的保護(hù)范圍。
9
權(quán)利要求
1.一種高壓電應(yīng)變常數(shù)織構(gòu)壓電陶瓷制備方法，包括如下步驟1)按照Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-32.5％PbTiO3化學(xué)計(jì)量比混合化學(xué)純PbO，MgNb2O6，TiO2球磨6-10h，并在800-850℃低溫下預(yù)燒4-6小時(shí)得到PMN-32.5PT基體粉；2)將基體粉加入包括溶劑和分散劑的溶解體系的球磨罐中球磨8-12h，所述的基體粉∶溶劑∶分散劑＝25-35∶8-10∶0.5-1；3)將增塑劑和粘結(jié)劑溶于溶劑后加入球磨罐中球磨8-12h，所述的增塑劑∶粘結(jié)劑∶溶劑＝1-5∶1.5-3∶8-10；4)將種晶BaTiO3溶于溶劑和分散劑后加入球磨罐中，所述的晶種∶溶劑∶分散劑＝1-2∶5-8∶0.1-0.3；5)將助熔劑加入球磨罐中，所述的助熔劑為總體系體積分?jǐn)?shù)的0.5-3wt％PbO，磁力攪拌使之混合均勻，然后以5cm/sec的速度流延得到200μm厚度的基片；6)將得到的基片疊層并80℃真空熱壓5min，之后80℃熱壓8h，使之成型并進(jìn)行冷等靜壓處理并在700℃常壓下排膠1h，在850-950℃，壓強(qiáng)60-90MPa的熱壓燒結(jié)條件下燒結(jié)30min得到成品。
2. —種高壓電應(yīng)變常數(shù)織構(gòu)壓電陶瓷制備方法，包括如下步驟[1) 按照Pb(Mg1/3Nb2/3)Or32.5%PbTi03化學(xué)計(jì)量比混合化學(xué)純PbO， MgNb206， Ti02球磨6-10h，并在800-850°C低溫下預(yù)燒4-6小時(shí)得到 PMN-32.5PT基體粉；[2) 將基體粉加入包括溶劑和分散劑的溶解體系的球磨罐中球磨8-12h，所 述的基體粉溶劑分散劑二25-35: 8-10: 0.5-1;[3) 將增塑劑和粘結(jié)劑溶于溶劑后加入球磨罐中球磨8-12h，所述的增塑劑 粘結(jié)劑溶劑=1-5: 1.5-3: 8-10;[4) 將種晶BaTi03溶于溶劑和分散劑后加入球磨罐中，所述的晶種溶劑 分散劑=1-2: 5-8: 0.1-0.3;[5) 將助熔劑加入球磨罐中，所述的助熔劑為總體系體積分?jǐn)?shù)的0.5-3 wt%PbO，磁力攪拌使之混合均勻，然后以5 cm/sec的速度流延得到200 iam厚度的 基片；6)將得到的基片疊層并80。C真空熱壓5min，之后80°C熱壓8h，使之成 型并進(jìn)行冷等靜壓處理并在700°C常壓下排膠lh,在800-850 °C進(jìn)行SPS燒結(jié) 2-4min，然在02氣氛中燒結(jié)，升溫速度5-10° C/min，在1100-1200°C保溫4 h，然后隨爐冷卻得到成品。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的高壓電應(yīng)變常數(shù)織構(gòu)壓電陶瓷制備方法，其特 征是所述的溶劑為乙醇-丁酮共沸物。
4. 如權(quán)利要求3所述的高壓電應(yīng)變常數(shù)織構(gòu)壓電陶瓷制備方法，其特征是: 所述的分散劑為蓖麻油。
5. 如權(quán)利要求4所述的高壓電應(yīng)變常數(shù)織構(gòu)壓電陶瓷制備方法，其特征是: 所述的增塑劑包括鄰苯二甲酸二丁酯和鄰苯二甲酸二庚酯，所述的鄰苯二甲酸二丁酯鄰苯二甲酸二庚酯=1: 1。
6. 如權(quán)利要求5所述的高壓電應(yīng)變常數(shù)織構(gòu)壓電陶瓷制備方法，其特征是:所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇縮丁醛。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高壓電應(yīng)變常數(shù)織構(gòu)壓電陶瓷制備方法，屬于陶瓷制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，采用PbO，MgNb₂O₆，TiO₂球磨預(yù)燒得到PMN-32.5PT基體粉，使用BaTiO₃晶體為種晶，在其中加入5-10vol％種晶以及0.5-3wt％PbO作為助燒劑，得到200μm厚度的基片，將得到的基片疊層、成型及冷等靜壓處理后，再進(jìn)行熱壓燒結(jié)得到最終的產(chǎn)品。本發(fā)明采用BaTiO₃晶體作為種晶，控制其表面附著PbO燒結(jié)助劑的量比，使之達(dá)到了燒結(jié)后與PMNT陶瓷基體達(dá)到良好匹配的程度，并通過(guò)良好的后期熱處理工藝使得陶瓷坯體致密度達(dá)到98％以上，從而獲得了高品質(zhì)的高壓電應(yīng)變常數(shù)的(001)織構(gòu)壓電陶瓷。
文檔編號(hào)H01L41/18GK101560106SQ200910107369
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者周紹鑫 申請(qǐng)人:深圳市金雨葉新材料科技有限公司;周紹鑫