本發(fā)明涉及電子陶瓷和壓電器件領(lǐng)域，具體涉及一種具有高居里溫度的壓電陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對(duì)各類聲學(xué)換能器及振動(dòng)傳感器等的高溫環(huán)境作業(yè)提出了更高的要求。例如，在油井下使用的聲波測(cè)井換能器、航天器上使用的壓電驅(qū)動(dòng)器及傳感器、燃料注射噴嘴驅(qū)動(dòng)器以及其他極端環(huán)境下使用的各類傳感器等，都需要使用居里溫度在400℃以上甚至更高的壓電陶瓷。目前最常用的壓電陶瓷鋯鈦酸鉛（PZT）的居里溫度一般在320℃-360℃的范圍。因?yàn)椴牧想S溫度升高的逐漸退極化而導(dǎo)致的壓電性能退化問(wèn)題，其工作溫度上限一般是在居里溫度的1/2處。因此，研究制備具有高居里溫度的壓電陶瓷具有重要意義。一般而言，壓電材料的居里溫度越高，其壓電性能會(huì)更差。公開號(hào)為CN1295046的中國(guó)專利公開了一種鉍層狀壓電陶瓷，其居里溫度為865℃，但其壓電常數(shù)很低（≤20pC/N），壓電性能差。近年來(lái)，具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的(1-x)BiScO3-xPbTiO3(BSPT)陶瓷，以其良好的壓電性能和較的居里溫度（在準(zhǔn)同型相界，即x=0.64附近，d33=460pC/N,Tc=450℃）而受到廣泛關(guān)注。但原材料Sc2O3價(jià)格昂貴，大大限制了其實(shí)用性。公開號(hào)為CN102623628的中國(guó)專利公開了一種鈮鐿酸鉛-鈦酸鉛（Pb(Yb1/2Nb1/2)O3-PbTiO3）壓電陶瓷,具有較高的壓電常數(shù)（450～460pC/N）,但居里溫度（380～400℃）及機(jī)械品質(zhì)因數(shù)（56～71）較低。JongBongLim等人2012年在《國(guó)際陶瓷》（CeramicsInternational，vol38，pp277-282）上公開了一種組成為33Pb(Yb1/2Nb1/2)O3(67-x)PbZrO3xPbTiO3的高居里溫度壓電陶瓷，其中44≤x≤50，壓電常數(shù)為420～510pC/N，但其居里溫度更低，約為355～385℃，且介電損耗較高（0.015～0.024）。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有壓電陶瓷材料居里溫度和綜合壓電性能無(wú)法同時(shí)滿足特定指標(biāo)要求，或價(jià)格昂貴等問(wèn)題，提供一種具有高居里溫度，且壓電系數(shù)較高，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)適中，介電損耗低的新型高溫壓電陶瓷材料。本發(fā)明的高居里溫度壓電陶瓷的組成通式為(1-x)(0.35BiYbO3-0.65PbTiO3)-xPb(Zn1/3Nb2/3)O3壓電陶瓷，其中x=0.15～0.85。所述高居里溫度壓電陶瓷的制備方法包括以下步驟：（1）以ZnO和Nb2O5為原料配料，加入去離子水或無(wú)水乙醇介質(zhì)混合球磨，烘干過(guò)篩后在1200-1250℃燒結(jié)1-3小時(shí)制得ZnNb2O6前驅(qū)體；（2）將ZnNb2O6前驅(qū)體同Bi2O3，Yb2O3，PbO，TiO2，ZnO和Nb2O5按(1-x)(0.35BiYbO3-0.65PbTiO3)-xPb(Zn1/3Nb2/3)O3摩爾配比稱量，其中x=0.15～0.60，并加入去離子水或無(wú)水乙醇介質(zhì)混合球磨；（3）將球磨后的料烘干過(guò)篩后，在700℃-850℃預(yù)燒，將預(yù)燒后塊體再進(jìn)行充分球磨；（4）將球磨后的料烘干，加入適量PVA或其他粘接劑進(jìn)行造粒，過(guò)篩后壓制成所需形狀的陶瓷坯體；（5）將陶瓷坯體于1000~1150℃下在密封坩堝中保溫1.5~3小時(shí)燒結(jié)，制得所需壓電陶瓷。本發(fā)明中，步驟（1），步驟（2）及步驟（3）所用球磨方式為行星式球磨，也可以采用其他混合磨料方式，如機(jī)械振動(dòng)磨；磨球?yàn)楝旇?，也可用鋼球等常用磨球；球磨罐為尼龍罐，也可用瑪瑙罐等常用球磨罐；料：球：球磨介質(zhì)比例范圍約為1：1.2：2~1：1.8：3.5。本發(fā)明中，步驟（1），步驟（3）及步驟（4）烘干溫度為室溫或20~85℃，烘干溫度越高，烘干過(guò)程越快。本發(fā)明中，步驟（4）所用粘接劑為PVA，為4~9wt.%含量的PVA溶液。本發(fā)明中，步驟（1）、步驟（5）所述燒結(jié)采用普通坩堝密封燒結(jié)；步驟（3）中的預(yù)燒采用普通坩堝非密封燒結(jié)。本發(fā)明中，步驟（1）、步驟（5）所述燒結(jié)及步驟（3）中所述預(yù)燒，其升溫速度可為5~10℃/分鐘。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：針對(duì)現(xiàn)有壓電材料居里溫度和綜合壓電性能無(wú)法同時(shí)滿足特定指標(biāo)的要求，提供了一種具有高居里溫度且綜合壓電性能優(yōu)異的復(fù)合鈣鈦礦BYPT-PZN新型高溫壓電陶瓷。該壓電陶瓷同時(shí)具有較高的高居里溫度（395～432）和較高壓電常數(shù)（60～94）及適中機(jī)械品質(zhì)因數(shù)（136.86～149.29），和較低的介電損耗低（0.006～0.010）等。可用于各種需要工作溫度大于210℃的換能器、傳感器等相關(guān)壓電器件。與已有的性能較好的BSPT鈣鈦礦高溫壓電材料需使用價(jià)格極昂貴的元素鈧相比，該新體系與其相比具有低得多的價(jià)格，是一種很有應(yīng)用前景的高溫壓電材料。附圖說(shuō)明圖1為實(shí)施例1制得的壓電陶瓷的介溫圖譜。具體實(shí)施方式以下列出本發(fā)明的最優(yōu)選的實(shí)施例，其僅用作對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限制。實(shí)施例1：將ZnO和Nb2O5混合球磨，烘干過(guò)篩后在1200℃燒結(jié)2h合成ZnNb2O6前驅(qū)體。將ZnNb2O6前驅(qū)體同Bi2O3，Yb2O3，PbO，TiO2，ZnO和Nb2O5按0.55(0.35BiYbO3-0.65PbTiO3)-0.45Pb(Zn1/3Nb2/3)O3摩爾配比稱量，并加無(wú)水乙醇混合球磨，烘干過(guò)篩后于750℃預(yù)燒2h。將預(yù)燒合成塊體混合球磨。烘干并加入PVA造粒，過(guò)篩后壓制成直徑為12mm,厚度為1.5mm左右的坯體。將坯體于1100℃下燒結(jié)2.5h。燒成后樣品經(jīng)過(guò)打磨、拋光、被銀后，在140℃硅油中以3kV/mm電場(chǎng)極化20min。極化試樣室溫放置24h后測(cè)試其綜合電性能為：d33=94pC/N，Qm142.152，Tc=424℃，tanδ=0.007，其介溫譜圖如圖1所示。實(shí)施例2：將ZnO和Nb2O5混合球磨，烘干過(guò)篩后在1250℃燒結(jié)2h合成ZnNb2O6前驅(qū)體。將ZnNb2O6前驅(qū)體同Bi2O3，Yb2O3，PbO，TiO2，ZnO和Nb2O5按0.55(0.35BiYbO3-0.65PbTiO3)-0.45Pb(Zn1/3Nb2/3)O3摩爾配比稱量，并加無(wú)水乙醇混合球磨，烘干過(guò)篩后于750℃預(yù)燒2h。將預(yù)燒合成塊體混合球磨。烘干并加入PVA造粒，過(guò)篩后壓制成直徑為12mm,厚度為1.5mm左右的坯體。將坯體于1050℃下燒結(jié)3h。燒成后樣品經(jīng)過(guò)打磨、拋光、被銀后，在150℃硅油中以4kV/mm電場(chǎng)極化20min。極化試樣室溫放置24h后測(cè)試其綜合電性能為：d33=92pC/N，Qm＝139.533，Tc=421℃，tanδ=0.008。實(shí)施例3：將ZnO和Nb2O5混合球磨，烘干過(guò)篩后在1230℃燒結(jié)2h合成ZnNb2O6前驅(qū)體。將ZnNb2O6前驅(qū)體同Bi2O3，Yb2O3，PbO，TiO2，ZnO和Nb2O5按0.85(0.35BiYbO3-0.65PbTiO3)-0.15Pb(Zn1/3Nb2/3)O3摩爾配比稱量，并加無(wú)水乙醇混合球磨，烘干過(guò)篩后于750℃預(yù)燒2h。將預(yù)燒合成塊體混合球磨。烘干并加入PVA造粒，過(guò)篩后壓制成直徑為12mm,厚度為1.5mm左右的坯體。將坯體于1100℃下燒結(jié)3h。燒成后樣品經(jīng)過(guò)打磨、拋光、被銀后，在150℃硅油中以4kV/mm電場(chǎng)極化20min。極化試樣室溫放置24h后測(cè)試其綜合電性能為：d33=60pC/N，Qm=149.298，Tc=432℃，tanδ=0.006。實(shí)施例4：將ZnO和Nb2O5混合球磨，烘干過(guò)篩后在1250℃燒結(jié)2h合成ZnNb2O6前驅(qū)體。將ZnNb2O6前驅(qū)體同Bi2O3，Yb2O3，PbO，TiO2，ZnO和Nb2O5按0.75(0.35BiYbO3-0.65PbTiO3)-0.25Pb(Zn1/3Nb2/3)O3摩爾配比稱量，并加無(wú)水乙醇混合球磨，烘干過(guò)篩后于720℃預(yù)燒2h。將預(yù)燒合成塊體混合球磨。烘干并加入PVA造粒，過(guò)篩后壓制成直徑為12mm,厚度為1.5mm左右的坯體。將坯體于1100℃下燒結(jié)3h。燒成后樣品經(jīng)過(guò)打磨、拋光、被銀后，在155℃硅油中以3.7kV/mm電場(chǎng)極化20min。極化試樣室溫放置24h后測(cè)試其綜合電性能為：d33=65pC/N，Qm=145.260，Tc=410℃，tanδ=0.008。實(shí)施例5：將ZnO和Nb2O5混合球磨，烘干過(guò)篩后在1230℃燒結(jié)2h合成ZnNb2O6前驅(qū)體。將ZnNb2O6前驅(qū)體同Bi2O3，Yb2O3，PbO，TiO2，ZnO和Nb2O5按0.65(0.35BiYbO3-0.65PbTiO3)-0.35Pb(Zn1/3Nb2/3)O3摩爾配比稱量，并加無(wú)水乙醇混合球磨，烘干過(guò)篩后于800℃預(yù)燒2h。將預(yù)燒合成塊體混合球磨。烘干并加入PVA造粒，過(guò)篩后壓制成直徑為12mm,厚度為1.5mm左右的坯體。將坯體于1100℃下燒結(jié)3h。燒成后樣品經(jīng)過(guò)打磨、拋光、被銀后，在120℃硅油中以4kV/mm電場(chǎng)極化20min。極化試樣室溫放置24h后測(cè)試其綜合電性能為：d33=71pC/N，Qm=140.233，Tc=399℃，tanδ=0.008。實(shí)施例6：將ZnO和Nb2O5混合球磨，烘干過(guò)篩后在1230℃燒結(jié)2h合成ZnNb2O6前驅(qū)體。將ZnNb2O6前驅(qū)體同Bi2O3，Yb2O3，PbO，TiO2，ZnO和Nb2O5按0.45(0.35BiYbO3-0.65PbTiO3)-0.55Pb(Zn1/3Nb2/3)O3摩爾配比稱量，并加無(wú)水乙醇混合球磨，烘干過(guò)篩后于750℃預(yù)燒2h。將預(yù)燒合成塊體混合球磨。烘干并加入PVA造粒，過(guò)篩后壓制成直徑為12mm,厚度為1.5mm左右的坯體。將坯體于1100℃下燒結(jié)2.5h。燒成后樣品經(jīng)過(guò)打磨、拋光、被銀后，在150℃硅油中以3kV/mm電場(chǎng)極化20min。極化試樣室溫放置24h后測(cè)試其綜合電性能為：d33=77pC/N，Qm=138.330，Tc=398℃，tanδ=0.009。實(shí)施例7：將ZnO和Nb2O5混合球磨，烘干過(guò)篩后在1230℃燒結(jié)2h合成ZnNb2O6前驅(qū)體。將ZnNb2O6前驅(qū)體同Bi2O3，Yb2O3，PbO，TiO2，ZnO和Nb2O5按0.35(0.35BiYbO3-0.65PbTiO3)-0.65Pb(Zn1/3Nb2/3)O3摩爾配比稱量，并加無(wú)水乙醇混合球磨，烘干過(guò)篩后于850℃預(yù)燒2h。將預(yù)燒合成塊體混合球磨。烘干并加入PVA造粒，過(guò)篩后壓制成直徑為12mm,厚度為1.5mm左右的坯體。將坯體于1100℃下燒結(jié)2.5h。燒成后樣品經(jīng)過(guò)打磨、拋光、被銀后，在145℃硅油中以3.5kV/mm電場(chǎng)極化20min。極化試樣室溫放置24h后測(cè)試其綜合電性能為：d33=81pC/N，Qm=141.215，Tc=412℃，tanδ=0.009。實(shí)施例8：將ZnO和Nb2O5混合球磨，烘干過(guò)篩后在1250℃燒結(jié)2h合成ZnNb2O6前驅(qū)體。將ZnNb2O6前驅(qū)體同Bi2O3，Yb2O3，PbO，TiO2，ZnO和Nb2O5按0.25(0.35BiYbO3-0.65PbTiO3)-0.75Pb(Zn1/3Nb2/3)O3摩爾配比稱量，并加無(wú)水乙醇混合球磨，烘干過(guò)篩后于750℃預(yù)燒2h。將預(yù)燒合成塊體混合球磨。烘干并加入PVA造粒，過(guò)篩后壓制成直徑為12mm,厚度為1.5mm左右的坯體。將坯體于1080℃下燒結(jié)2.5h。燒成后樣品經(jīng)過(guò)打磨、拋光、被銀后，在150℃硅油中以3kV/mm電場(chǎng)極化20min。極化后試樣室溫放置24h后測(cè)試其綜合電性能為：d33=85pC/N，Qm＝142.225，Tc=419℃，tanδ=0.010。實(shí)施例9：將ZnO和Nb2O5混合球磨，烘干過(guò)篩后在1250℃燒結(jié)2h合成ZnNb2O6前驅(qū)體。將ZnNb2O6前驅(qū)體同Bi2O3，Yb2O3，PbO，TiO2，ZnO和Nb2O5按0.15(0.35BiYbO3-0.65PbTiO3)-0.85Pb(Zn1/3Nb2/3)O3摩爾配比稱量，并加無(wú)水乙醇混合球磨，烘干過(guò)篩后于750℃預(yù)燒2h。將預(yù)燒合成塊體混合球磨。烘干并加入PVA造粒，過(guò)篩后壓制成直徑為12mm,厚度為1.5mm左右的坯體。將坯體于1040℃下燒結(jié)3h。燒成樣品經(jīng)打磨、拋光、被銀后，在150℃硅油中以3kV/mm電場(chǎng)極化20min。極化后試樣室溫放置24h后測(cè)試其綜合電性能為：d33=88pC/N，Qm=141.150，Tc=420℃，tanδ=0.009。實(shí)施例10：將ZnO和Nb2O5混合球磨，烘干過(guò)篩后在1250℃燒結(jié)2h合成ZnNb2O6前驅(qū)體。將ZnNb2O6前驅(qū)體同Bi2O3，Yb2O3，PbO，TiO2，ZnO和Nb2O5按0.15(0.35BiYbO3-0.65PbTiO3)-0.85Pb(Zn1/3Nb2/3)O3摩爾配比稱量，并加無(wú)水乙醇混合球磨，烘干過(guò)篩后于700℃預(yù)燒2h。將預(yù)燒合成塊體混合球磨。烘干并加入PVA造粒，過(guò)篩后壓制成直徑為12mm,厚度為1.5mm左右的坯體。將坯體于1150℃下燒結(jié)3h。燒成樣品經(jīng)打磨、拋光、被銀后，在165℃硅油中以3kV/mm電場(chǎng)極化20min。極化后試樣室溫放置24h測(cè)試其綜合電性能為：d33=90pC/N，Qm=136.900，Tc=396℃，tanδ=0.010。以上實(shí)施例在本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述的實(shí)施例。