专利名称：：掺杂的五元系低温烧结压电陶瓷材料及其制备方法
技术领域：
：本发明属于材料
技术领域：
，具体涉及到用于压电器件或电致伸縮器件。
背景技术：
：压电材料是一种育,将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。它是一种具有压电效应的材料。它可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用,而且新一代的压电材料还具有剝牛反射和指令分析的能力。压电材料的这种独特功能使其在智能材料系统中具有更广阔的应用前景。PZT压电陶瓷是目前使用的最为广泛的商业用电子材料之一。压电陶瓷器件作为一种新型一体化固体电子器件，与传统电磁式器件相比，具有结构简单、体小量轻、无铁损、耐潮湿、无噪音、不怕短路等优点，特别适用于电子器件向集成化、片状化的方向发展。近年来，压电陶瓷在贾卡梳、扬声器和汽车驱动器等上的应用发展极为迅速，要求压电材料具有高的机电耦合系数《、介电常数fr、压电常数d33以及低的机械品质因数^介电损耗tan么对于近年来广泛应用的压电陶瓷多层器件，由于压电陶瓷烧结，高(12001300°C),必须用铂、钯等贵金属作为内电极，大大提高了器件的制造成本，若能斷氐压电陶瓷材料的烧结驢，则可采用导电性能良好、价格较低的低钯含量的Ag-Pd浆或纯Ag浆作为内电极，从而大大减低了器件的生产成本，^t于材料的制备及应用有着重要意义。也在避免陶瓷组分偏离、降低能源损耗及防止高温带来Pb0挥发而污染环境方面均有着重要的经济和社会效益。因此，开发高性能、高可靠性、低的烧结鹏、低成本多层压电陶瓷材料已成为重要的研究方向。目前，研究工作主要集中在二元系、三元系和四元系的压电陶瓷材料上，如PZT、P丽-PZT、PZN-PMS-PZT、PNW-PMN-PZT。但研究五元系并同时获得高压电常数da、高平面机电耦合系数Kp、高介电常数εr和低的机械品质因数Qm、低的介电损耗tan&低的的体系尚不多见。申请人已经申请了申请号为200810150177.4，发明名称为驱动器用含铌锑酸铅的五元系压电陶瓷材料及制备方法的专利，它具有优良的压电特性，.但烧结比较高(1150℃1200℃)。因此本工作旨在找出一种合适的添加剂以降低五元系Pb(Mg1/2W1/2)03-Pb(Sb1/2Nb1/2)03-Pb(Ni1/3Nb2/3)03-PZT(PMWSN-PNN-PZT)陶瓷烧结温度的同时兼顾高的电性能。通过探讨Ba(Cu1/2W1/2)O3含量对PMWSN-PNN-PZT陶瓷的烧结^和电性能的影响，从而寻找一个最佳组份和制备工艺，以制备具有高压电常数、高平面机电耦合系数、高介电常数和低的机械品质因数、低的介电损耗并兼顾低烧结温度的压电陶瓷驱动器用材料。
发明内容本发明所要解决的一个技术问题在于提供一种高压电常数、高平面机电耦合系数、低鹏结且驢范围宽、性能好、实用性强、易生产的掺杂的五元系低鹏结压电陶瓷材料。本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种掺杂的五元系低温烧结压电陶瓷材料的制备方法。解决上述技术问题所采用的方案是用下述通式表示的材料组成-0.02Pb(Mg1/2W1/2)03-yPb(Sb1/2Nb1/2)]03-(0.39-y)Pb(Ni1/3Nb2/3)03-Pbft59(Zra38Ti0.21)03+xBa(Cu1/2W1/2)03，式中O.OOwt.%≤x≤0.40wt.%，0.000<y≤0.030mol。上述掺杂的五元系低温烧结压电陶瓷材料的制备方法包括步骤如下1、制备鸨铜酸钡将BaC03与CuO、W03按摩尔比为2:1:1混合，装入尼龙罐中，加入无水乙醇为分散剂和氧化锆球为球磨介质，无水乙醇与原料的重量比为l:1.52.5，用球磨机球磨12小时，转速为400转/分，分离氧化锆球，将混合料放入干燥箱内，80℃千燥10小时，再放入研钵中研磨30分钟，过80目筛。过筛后的料置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实至松装密度为1.21.5g/cm3，加盖，在电阻炉内680760℃预烧24小时合成Ba(Cu1/2W1/2)O3，自然冷却到室温，出炉，将预烧粉体捣碎研磨l小时，装入尼龙罐中，同上工艺进行球磨烘干备用。2、配料合成将Ba(Cu1/2W1/2)O3、Pb304、Zr02、Ti02、Mg(OH)2MgC036H2O、W03、Sb205、Nb205、NiO按通式的化学计量比进行混合，装入尼龙罐中，加入无水乙醇为分散剂和氧化锆球为球磨介质，无水乙醇与混合料的质量比为l:2，用球磨机球磨612小时，转速为400转/分，分离氧化锆球，将混合料方从千燥箱内，80℃干燥510小时，再放入研钵中研磨30分钟，过80目筛。3、预烧将研磨后的料置于氧化铝柑埚内，用玛瑙棒压实至松装密度为1.5g/cm3，加盖，在电阻炉内800850℃予鹏保温24小时，自然冷却到室温，出炉。将搬粉体捣碎研磨1小时，装入尼龙罐中，加入无水乙醇为分散剂和氧化锆球为球磨介质，无水乙醇与職粉体的质量比为l:2,用球磨机球磨612小时，进行二次球磨，魏为300转/分，分离氧化锆球，将混合料放入干燥箱内，80℃千燥510小时，过80目筛。4、造粒将预烧过的烧块用研钵研细过160目筛，加入丙三醇和质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，预烧粉体与5%的聚乙烯醇溶液、丙三醇的质量比为l:0.0680.072:0.00970.013，充分搅拌，自然干燥，过120目的筛，制成球状粉粒。5、压片将造粒后的粉粒方M直径为15mm的不锈钢模具内，在100Mpa压力下压成1.5ram的圆柱状坯件。6、排胶将坯件放入电阻炉内，500℃保温1小时进行有机物排除。7、烧结将排胶坯放入氧化铝坩锅内,盖上氧化铝坩锅进行密封，升温速度2~5℃/分钟,8801000℃烧结35小时，随炉自然冷却到室温。8、烧银将烧结好的陶瓷表面打磨，抛光至0.81.2mm厚，用功率为100w的超声波清洗机、频率为50kHz的超声波清洗30併中，烘箱内80℃干燥510小时，在其上下表面涂覆厚度为0.010.03咖的银浆，置于电阻炉中，850℃保温30分钟，自然冷却至室温。9、极化将烧好银的试样置于甲基硅油中加热至120180℃，施加3kV/mm5kV/mm的直流高压，持续1530分钟，制备成压电陶瓷。10、测试压电性能极化完测试片，室温下静置24小时后测试压电性能。在本发明的制备鸨铜酸钡工艺步骤1中，经研磨过筛后的BaC03、CuO、WO3混合料，在电阻炉内优选700750℃预烧23小时合成Ba(CU1/2W1/2)O3。在预烧工艺步骤3中，舰磨后的料置于氧化铝埘埚内，用玛瑙棒压实至松装密度为1.5g/cm3,加盖，在电阻炉内优选800830℃预烧保温23小时。在烧结工艺步骤7中，将排胶坯件^A氧化铝钳埚内，盖上氧化铝坩埚盖进行密封，升,度25tV，，优选900950℃烧结34.5小时。在本发明的制备钩铜酸钡工艺步骤l中，经研磨过筛后的BaC03、CuO、W(V混合料，在电阻炉内最佳730℃预烧3小时合成Ba(CU1/2W1/2)O3。在预瞎工艺步骤3中，将研磨后的料置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实至松装密度为1.5g/cm3，加盖，在电阻炉内最佳800℃预烧保温3小时。在烧结工艺步骤7中，将排胶坯件放入氧化铝坩埚内，盖上氧化铝坩埚盖进行密封，升温速度25℃/分钟中，最佳930℃烧结4小时。本发明经大量的实验室研究实验，结果表明，所帝恪高压电常数、高平面压电常数、低温烧结五元系压电陶瓷材料的性能与文献t隨的同类陶瓷材料相比，机械品质因数Q和介电损耗tanδ明显降低，压电常数d33和平面机电耦合系数Kp明显提高，并且烧结温度明显从1200℃降到930℃，制备工艺简单，重复性好，成品率高，成本低。本发明压电陶瓷可用于制备汽车内置的振动传感器、控制器的壳体、动态燃料,喷嘴、大功率超声器件、高温高频振动计、高温流量计、耐高温分蜂鸣器以及高温传感器等器件的压电陶瓷材料。压电陶瓷材料烧结,的大大降低，有利于多层器件在生产中应用，采用导电性能良好、价格较低的低钯含量的Ag-Pd浆或纯Ag内浆作为内电极，大大减低了器件的生产成本。用此压电陶瓷材料制作的压电陶瓷驱动器，具有位移输出力大、不发热、灵驗高、稳定性好、精度高靴点。图l是不同Ba(CU1/2W1/2)O3掺杂930℃烧结的压电陶瓷的X射线图谱。图2是0.10wt，％Ba(CU1/2W1/2)O3掺杂不同温度烧结的压电陶瓷的X射线图谱。图3是不同Ba(CU1/2W1/2)O3掺杂930℃烧结的压电陶瓷的扫描电镜照片。图4是0.10wt.%Ba(CU1/2W1/2)O3掺杂不同驗烧结的压电陶瓷的扫描电镜照片。图5是不同Pb(Sb1/2Nb1/2)03含量930X烧结的压电陶瓷的X射线图谱。图6是0.10wt.%Pb(Sb2Nb1/2)03含量不同温度烧结的压电陶瓷的X射线图谱。图7是不同(Sb2Nb1/2)O3含量930℃烧结的压电陶瓷的扫描电镜照片。图8是0.10wt.%Pb(Sb2Nb1/2)O3不同，烧结的压电陶瓷的扫描电镜照片。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明不限于这些实施例。实施例1以生产本发明产品所用原料100g为例，x为0.10、y为0.01时，用通式0.02Pb(Mg1/2W1/2)03-yPb(Sb1/2Nb1/2)]03-(0.39-y)Pb(Nh/sNb^)03-Pb。.59(Zr,Ti。.21)03+0.10wt%Ba(Cu1/2W1/2)03表示的原料及其重量配比为Pb30467.14gZr0213.76gTi024.93gMg(0H)2'MgCO36H200.3gW030.68gSb2050.22gNb2O510.09gNiO2.78gBa(Cu1/2W1/2)030.10g其制备方法如下1、制备鸨铜酸钡先将BaC03与CuO、W0s按摩尔比2:1:1进行混合，^A尼龙罐中，加入无水乙醇为分散剂和氧化锆球为球磨介质，^K乙醇与原料的重量比为1:2，用球磨机球磨12小时，转速为400转/分，分离氧化锆球，将混合料方j(A干燥箱内8(TC、10小时烘干，再方i(A研钵中研磨30辦中，过80目筛。将过筛后的料置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实至松装密度为1.21.5g/cm3，加盖，在电阻炉内730'C予鹏保温3小时合成Ba(Cuv2Wj03，自然冷却到室温，出炉。将予鹏粉体捣碎研磨1小时，装入尼龙罐中，同上工艺进行球磨烘干备用。2、配料合成然后将合成Ba(Cih/2Wv2)03和Pb304、Zr02、Ti02、Mg(OH)2MgC036H20、W03、Sb205、Nb205、NiO按通式的化学计量比进行混合，装入尼龙罐中，加入无水乙醇为分散剂和氧化锆球为球磨介质，无水乙醇与原料的重量比为l:2，用球磨机球磨612小时，織为400转/分，分离氧化锆球，将混合料方J(A千燥箱内80°C、510小时烘干，再放入研钵中研磨30分钟，过80目筛。3、预烧糊开磨后的料置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实，使其松装密度达到1.5g/cm3，加盖，在电阻炉内800℃预烧保温3小时，自然冷却到室温，出炉。将预烧粉体捣碎研磨1小时，装入尼龙罐中，加入无水乙醇为分散剂和氧化锆球为球磨介质，无水乙醇与搬粉体的质量比为1:2，用球磨机球磨612小时，进行二次球磨，转速为300转/分，分离氧化锆球，将混合料放入干燥箱内，80℃干燥510小时，过80目筛。4、造粒将预烧过的烧块用研钵研细过160目筛，加入重量浓度为5%的聚乙烯醇溶液7g和丙三醇溶液0.lg，原料与5%的聚乙烯醇溶液、丙三醇的重量比为1:0.7:0.01，充分搅拌，自然干燥，过120目的筛，制成球状粉粒。5、压片将造粒后的粉料防入直径为15mm的不辦附莫具内，在100Mpa压力下压成1.5mm的圆柱状坯件。6、排胶将坯件放入电阻炉内，500℃保温1小时进行有机物排除。7、烧结将排胶还件放入氧化铝坩埚内，盖上氧化铝坩埚盖进行密封，升温速度4℃/分钟，在930℃烧结4小时，随炉自然冷却到室温。8、烧银将烧结好的陶瓷表面打磨，抛光至0.81.2mm厚，用功率为100w的超声波清洗机、频率为50kHz的超声波清洗30分钟，烘箱内80℃干燥510小时，在其上下表面涂覆厚度为0.010.03mm的银浆，置于电阻炉中850℃保温30辦中，自然冷却至室温。9、极化将烧OT的试样置于甲基硅油中加热至150℃，施加3.5kV/mm的直流高压，持续25分钟，制备成压电陶瓷。10、测试压电性能室温下静置24小时后测试压电性能。实施例2以生产本发明产品所用原料100g为例，x为O.O、y为0.01，用通式0.02Pb(Mg^W^)Qr0.01Pb(Sb1/2Nb1/2)]O3-0.38Pb(Ni1/3Nb2/3)03—Pb0.59(Zr0.38Ti0.21)03，表示的原料及其重量配比为-Pb30467.22gZr0213.77gTi024.93gMg(OH)2'MgC03'6H200.3gW03.0.68gSb2050.22gNb20510.10gNiO2.78gBa(Cu1/2W1/2)03Og其制备方法如下在制备鸨铜酸钡工艺步骤l中，将BaC03与CuO、W03按摩尔比为2:1:1混合，装入尼龙罐中，加入无水乙醇为分散剂和氧化锆球为球磨介质，无水乙醇与原料的重量比为l:1.5，用球磨机球磨，烘干，再研磨，过筛，在电阻炉内68(TC预烧保温4小时合成Ba(OUU03，工艺步骤的其它步骤与实施例l相同。在配料合成工艺步骤2中，将原料按通式配料，加入无水乙醇50g，氧化锆球为球磨介质，该工艺步骤的其它步骤与实施例1相同。在预烧工艺步骤3中，4t5开磨后的料置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实，使其松装密度达到1.5g/cm3，加盖，在电阻炉内80(TC预烧保温4小时，自然冷却到室温，出炉，该工艺步骤的其它步骤与实施例1相同。在造粒工艺步骤4中，将预烧过的烧±央用研钵研细过160目筛，加入重量浓度为5%的聚乙烯醇溶液6.8g和丙三醇溶液0.97g，原料与5%的聚乙烯醇溶液、丙三醇的重量比为l:0.068:0.0097，充分搅拌，自然千燥，过120目的筛，制成球状粉粒。在烧结工艺步骤7中，将排胶还件放入氧化铝坩埚内，盖上氧化铝坩埚盖进行密封，升温速度2TV分钟，在88(TC烧结5小时，随炉自然冷却到室温。在极化工艺步骤9中，将烧好银的试样置于甲基硅油中加热至120。C，施加5kV/ram的直流高压，持续15分钟，制备成压电陶瓷。其它工艺步骤与实施例l相同。实施例3以生产本发明产品所用原料100g为例，x为0.40、y为0.03时，用通式0.02Pb(Mg1/2W1/2)03-0.03Pb(Sb1/2Nbl/2)]03-0.36Pb(Ni1/3Nb2/3)03-Pb。.59(Zr。.38Ti。.21)03+0.40wt呢Ba(Cuv2Wv2)0表示的原料及其重量配比为PbA66.84gZr0213.69gTi024.91gMg(0H)2'MgC03*6H200.3gW030.68gSb2050.64gNb2O59.91gNiO2.63gBa(Cu1/2W1/2)030.4g其制备方法如下在制备鸨铜酸钡工艺步骤l中，将BaC03与CuO、W0b按摩尔比为2:1:1混合，装入尼龙罐中，加入无水乙醇为分散剂和氧化锆球为球磨介质,无水乙醇与原料的重量比为l:2.5，用球磨机球磨，烘干，再研磨，过筛，在电阻炉内760℃预烧2小时合成Ba(Cu1/2)O3，工艺步骤的其它步骤与实施例1相同。在配料合成工艺步骤2中，将原料装入尼龙罐中，加入无水乙醇50g为分散剂，为球磨介质，该工艺步骤的其它步骤与实施例l相同。在预烧工艺步骤3中将研磨后的料置于氧化铝柑埚内，用玛瑙棒压实，使其松装密度达到1.5g/cm3，加盖，在电阻炉内850℃预烧保温2小时，自然冷却到室温，出炉，该工艺步骤的其它步骤与实施例1相同。在造粒工艺步骤4中，将预烧过的烧块用研钵研细过160目筛，加入重量浓度为5%的聚乙烯醇溶液7.2g和丙三醇溶液1.3g，原料与5%的聚乙烯醇溶液、丙三醇的重量比为l-0.072:0.013，充分搅拌，自然干燥，过120目的筛，制成球状粉粒。在烧结工艺步骤7中，将排胶坯件放入氧化铝坩埚内，盖上氧化铝坩埚盖进行密封，升温速度5℃/分钟，在1OO0℃烧结3小时，随炉自然冷却到室温。在极化工艺步骤8中，将烧好银的试样置于甲基硅油中加热至180℃，施加3kV/咖的直流高压，持续30分钟，制备成压电陶瓷。其它工艺步骤与实施例1相同。实施例4以生产本发明产品所用原料100g为例，x为0.10、y为0.006时，用通式0.02Pb(Mg1/2W1/2)03-0.006Pb(Sb1/2Nb1/2)]03-0.384Pb(Ni1/3Nb2/3)03-Pb0.59(Zr0.38Ti0.21)03+0.lwt%Ba(Cuv2W一03表示的原料及其重量配比为:Pb30467.17gZr0213.75gTi024.93gMg(0H)2'MgC03*6H200.30gW030.68gSb2050.13g歸510.13gNiO2.81gBa(Cu1/2W1/2)030.10g其制备方法与实施例1相同。为了确定本发明的最佳配比以及最佳工艺步骤，发明AiS行了大量的实验室研究实验，各种实验情况如下测试仪器精密LCR电桥测试仪，型号为HP4294A，由安捷伦禾tt有限公司生产；准静态d33测试仪，由中国科学院声学研究所生产；精密阻抗分析仪，型号为HP4294A，由安捷伦科技有限公司生产；X射线衍身才仪，型号为D/max-2200，由曰本理学公司生产；扫描电镜型号为Quanta200，由荷兰菲利浦FEI公司生产。1.Ba(C仏/U03含量对陶瓷电性能的影响先将BaC03、CuO、W03按摩尔比2:1:1进行混合，装入尼龙罐中，加入无水乙醇为分散剂和氧化锆球为球磨介质，无水乙醇与原料的重量比为1:2，用球磨机球磨12小时，繊为400转/分，分离氧化锆球，将混合料方从干燥箱内80°C、10小时烘干，再放入研钵中研磨30分钟，过80目筛。将过筛后的料置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实至松装密度为1.21.5g/cm3，加盖，在电阻炉内730匸保温3小时合成Ba(CuvU03，自然冷却到室温，出炉。将预烧粉体捣碎研磨1小时，装入尼龙罐中，同上工艺进行球磨烘干备用。将制备掺杂的五元系低温烧结压电陶瓷的Ba(Cu1/2W1/2)03以及其它原料置于千燥箱内，在120。C干燥5小时，按通式0.02Pb(Mg1/2W1/2)03-0.01Pb(Sb1/2Nb1/2)03-0.38Pb(Ni1/3Nb2/3)03—Pb0.59(Zra3Ji0.21)03+xBa(Cu1/2W1/2)03进行配料，式中y为0.010，x分别为0.00wt.%、0.025wt.%、0.05wt.%、0.075wt.%、0.10wt.%、0.15wt.%、0.20wt.%、0.30—wt.%、0.40wt.%，湿法球磨12小时，出料，湿料烘干后在800。C下预烧2小时。预烧后的粉储相同条件下进行二次球磨30分钟，出料，80℃干燥8小时，用研钵磨20，过120目筛，加入重量浓度为5%的聚乙烯醇溶液7g和丙三醇溶液O.lg，原料与5%的聚乙烯@液、丙三醇的重量比为l:0.7:0.01，造粒后的料用模具压成直径为15±0.05咖、厚度为1.5±0.02mm的圆片，在100Mpa压力下，压制成型，500℃保温1小时进行排胶，升皿度1.5。C/分钟，铅保护气氛中8801000℃烧结4小时，随炉自然冷却到室温。烧结的陶瓷圆片打磨抛光至直径为13.5mm、厚度为1.2mm，用功率为100W频率为50Hz的超声波处理30分钟，80。C千燥510小时，在丽涂覆银浆，850℃烧渗银电极30颁，烧过电极的试样置于150。C的硅油中以4kV/咖的直流高压电极化30min，得到压电陶瓷，室温静置24小时，测试压电性能。测纖过电极的辦的电容C和介电损耗tanδ。通过下式计算介电常数<formula>seeoriginaldocumentpage14</formula>(1)式中t为陶瓷片的厚度，e。为真空介电常数(8.85Xl0tothepowerofminus12F/m)，d为陶辦的直径。用准静态测试仪测试压电陶瓷的压电常数&。采用阿基米德法测定陶瓷的密度P(g/cm3)。具体方法为将样品清洗干净，放入直温干燥箱内，烘干后取出用梅特勒-托禾眵电子天平称出样品在空气中质量A(单位为g)，然后将样品放入水中煮沸40分钟，再浸泡510，之后称出样品在蒸馏水中的质量B(单位为g)。按下式计算其体积密度ρ=(A/(A-B))*(ρ。-ρ)+ρl式中A为待测固條空气中质量，B为待领個條辅助液体水中质量，ρ。为辅助液体密度，ρl为空气密度(0.0012g/cm3)用精密阻抗分析仪测试，得郞皆振频率和反谐振频率，按(3)式计算平面机电耦合系数Kp:<formula>seeoriginaldocumentpage14</formula>(3)式中fr为谐振频率，fn为反谐振频率，按(4)式计算机械品质因素Q坦<formula>seeoriginaldocumentpage14</formula>(4)式中fr为谐振频率，fa.为反谐振频率，r为谐振电阻，CT为lkHz下i辦的静态电容量。测试和计算结果见表l。表1y为0.010mol烧结4小时不同烧结温度下Ba(Cu1/2W1/2)O3含量对压电陶瓷电性能的影响<table>complextableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>由表1可见，在880100(TC烧结温度范围内，x为0.00M).40机.％时，压电陶瓷的各项性能指标都较好，其中当x为0.10wt.%时，压电常数^均大于390pC/N,在93(TC烧结的压电陶瓷的各项性能最佳。y为0.010mol,Ba(Cu1/2W1/2)03^》0.00~0.40wt.%、930。C烧结4小时戶賴U备的压电陶瓷的X射线图谱见图1。由图1可见，所有组分都为纯韩钛矿相结构，没有恶化性能的焦绿石相和第二相杂相的出现。并且，随着Ba(Ou/2lU03缠的增加，由29为43°47。处的单峰(200)B逐渐分裂成分裂峰(002)T和(200)T,说明该材料体系由菱方相转变成四方相结构。y为0.010mol，Ba(Cu1/2W1/2)03龍为0.10wt.%、不同烧结驢所制备的压电陶瓷的X射线图谱见图2。由图2可见，所有组份都为纯拷钛矿相结构，88(TC出现焦绿石相，随着温度的增加，焦绿石相消失并没有第二相杂相的出现。随着烧结皿的增加，由29为43°47°处的单峰(200)B可以看出，该材料体系为菱方相结构。y为0.01mol，Ba(CiV2Wj03賴为0.00~0.40wt.%、930。C烧结4小时所制备的压电陶瓷表面的电子扫描电镜照片见图3。在图3中，a是O.00wt.%Ba(Cu1/2W1/2)03掺杂烧结930。C的压电陶^^面的电子扫描电镜照片，b是0.025wt.%Ba(Cu1/2W1/2)03掺杂烧结930°C的压电陶^^面的电子扫描电镜照片，c是0.075wt.%Ba(Cu1/2W1/2)03掺杂烧结930。C的压电陶^^面的电子扫描电镜照片，d是0.10wt.°/cBa(Cu1/2W1/2)03掺杂烧结93(TC的压电陶^^面的电子扫描电镜照片，e是0.20wt.%Ba(Cu1/2W1/2)03掺杂烧结930。C的压电陶^^面的电子扫描电镜照片，f是0.40wt.%Ba(Cu1/2W1/2)03掺杂烧结93(TC的压电陶^^面的电子扫描电镜照片。从图3可以看到，当体系中含少量Ba(CivU03时，压电陶瓷不致密，晶粒不均匀，并且气孔较多晶界模糊；随着Ba(O^Wv2)03含量的增加，体系的晶界清晰，颗粒饱满，晶粒长大并且生长均匀；Ba(Cuv2Wj03含量越多，陶瓷气孔越多，晶粒大小不一。y为0.010mo1，Ba(Oit/2Wv2)03賴为0.10wt.%、不同烧结鹏所制备的压电陶瓷表面的电子扫描电镜照片见图4。在图4中，a是0.10wt.腿a(Oh/2W^2)03掺杂880。C烧结的压电陶録面的电子扫描电镜照片，b是O.10wt.細a(CLU/U03掺杂烧结900。C的压电陶^^面的电子扫描电镜照片，c是0.10wt.%Ba(Cu1/2W1/2)03J#^^结930。C的压电陶^^面的电子扫描电镜照片，d是0.10wt.腿a(Cuv2W!,2)03掺杂烧结95(TC的压电陶^^面的电子扫描电镜照片，e是0.10wt.魁a(Cuv2flU03掺杂烧结1000'C的压电陶瓷表面的电子扫描时，陶瓷不致密，晶粒不均匀，并且气孔较多；随着烧结温度的增加，体系的晶界清晰，颗粒饱满，晶粒生长均匀；并且随着烧结驢的增加，压电陶瓷气孔增加，晶粒大小生长不均匀。2.Pb(StV2NtV2)03含量对压电陶瓷电性能的影响将制备掺杂的五元系低，结压电陶瓷的Ba(Cu4々)03以及其它原料置于干燥箱内，120。C千燥5小时，按通式0.02Pb(Mg1/2W1/2)03-yPb(Sb1/2Nb1/2)03-(0.39-y)Pb(Ni1/3Nb2/3)03-Pbo.59(Zro.38Ti。.21)03+0.10wt.%Ba(Cu1/2W1/2)03进行配料，实敬程与1相同，烧结保温时间4小时，将烧过电极的试样进行电容和介电损耗tanS测试。用准静态测试仪测量压电陶瓷成品的压电常数4按(1)式计算介电常数~、(2)式计算密度、(3)计算平面机电耦合系数Kp、(4)式计算机械品质因素G。测縱口计算结果见表2。表2<table>complextableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表2可见，在880100(TC烧结温度范围内，压电陶瓷的各项性能指标tPW，其中在Pb(Sbv2NbJ03含量为0.010mol、930。C烧结的压电陶瓷的各项性能最佳。x为0.10wt.%，Pb(Sbv2NbJ03賴为0.0000.030mol，930。C烧结4小时的压电陶瓷的X射线图谱见图5。从图5中可以看出，所有组份都为纯转钛矿相结构，当Pb(Stv2NbJ03含量从0.000mol到0.010mol时，没有恶化性能的焦绿石相和第二相杂相的出现。由28为43°47°处的单峰(002)B可以说明，该体系为菱方相。'x为0.10wt.%，Pb(Sb1/2Nb1/2)03^*为0.010mol，不同烧结，制备的压电陶瓷的X射线图谱见图6。从图6中可以看出，所有组分都为纯韩钛矿相结构，当烧结鹏为8801000°C时，没有恶化性能的焦绿石相和第二相杂相的出现。由26为43°47°处的单峰(002)^说明，该体系为菱方相。x为0.10wt.%，Pb(Sb1/2Nb1/2)03賴为0.OOOM).030mol，930。C烧结4小时的不同Pb(Sbv2NW2)03含量压电陶瓷表面的电子扫描电镜照片见图7。在图7中，a是0.000molPb(Sbh/2Nbv2)03含量烧结930°C的压电陶瓷表面的电子扫描电镜照片，b是0.006molPb(SlvzNbv2)03含量烧结930°C的压电陶瓷表面的电子扫描电镜照片，c是0.010molPb<Sb1/2Nb1/2)03含量烧结930°C的压电陶瓷表面的电子扫描电镜照片，d是O.015molPb(SW2Nbj03含量烧结930°C的压电陶瓷表面的电子扫描电镜照片，e是O.030molPb(Sb1/2Nb1/2)03含量烧结930X的压电陶瓷表面的电子扫描电镜照片。从图7可以看出，Pb(Sb1/2Nb1/2)03含量为0.0060.010mol时，晶粒尺寸约为3.24.4um，晶粒比较均匀，晶界清晰，致密性好。x为0.10wt.%，Pb(Sh/2NbJ03，为0.010mol，不同^jg烧结压电陶瓷表的电子扫描电镜照片见图8。在图8中，a是a010molPb(Sbv2NbJ03含量烧结880'C的压电陶瓷表面的电子扫描电镜照片，b是0.010molPb(Sb^Nb^)03含量烧结900°C的压电陶瓷表面的电子扫描电镜照片，c是0.010molPb(Sb1/2Nb1/2)03含量烧结930。C的压电陶瓷表面的电子扫描电镜照片，d是0.010molPb(Sb1/2Nb1/2)03含量烧结950°C的压电陶瓷表面的电子扫描电镜照片，e是O.010molPb(Sb1/2Nb1/2)03含量烧结1000。C的压电陶瓷表面的电子扫描电镜照片。从图8可以看出，当烧结皿为900950。C，比较均匀，晶粒尺寸约为3.24.4um，晶粒比较均匀，晶界清晰，致密性好。随着温度的增加，陶瓷的晶粒生长大小不均匀。权利要求1、一种掺杂的五元系低温烧结压电陶瓷材料，其特征在于用下述通式0.02Pb(Mg1/2W1/2)O3-yPb(Sb1/2Nb1/2)]O3-(0.39-y)Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-Pb0.59(Zr0.38Ti0.21)O3+xBa(Cu1/2W1/2)O3表示的材料组成，式中0.00wt.％≤x≤0.40wt.％，0.000＜y≤0.030mol。2、一种权利要求1掺杂的五元系低鹏结压电陶瓷材料的制备对去，其特征在于该方法包括下述步骤a)制备鸨铜酸钡将BaC03与CuO、W03按摩尔比为2:1:1混合，装入尼龙罐中，加入无水乙醇为分散齐,氧化锆球为球磨介质，无水乙醇与原料的重量比为l:1.52.5，用球磨机球磨12小时，,为400转/分，分离氧化锆球，将混合料放入T^燥箱内，80°C千燥10小时，再方j(A研钵中研磨30辦中，过80目筛；过筛后的料置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实至松装密度为1.21.5g/cm3,加盖，在电阻炉内68076(TC预烧24小时合成Ba(CUl/2W1/2)03，自然冷却到室温，出炉，将预烧粉体捣碎研磨1小时，装入尼龙罐中，同上工艺进行球磨烘干备用；(2)配料合成将Ba(Cu!/2Wv2)03、Pb304、Zr02、Ti02、Mg(0H)2MgC036H20、W03、Sb205、Nb205、NiO按通式的化学计量比进行混合，^A尼龙罐中，加入^7乂乙醇为分散剂和氧化锆球为球磨介風无水乙醇与混合料的质量比为1:2，用球磨机球磨612小时，織为400转/分，分离氧化锆球，将混合料方^A千燥箱内，8(TC干燥510小时，再放入研钵中研磨30分钟，过80目筛；(3)预烧将研磨后的料置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实至松装密度为1.5g/cm3，加盖，在电阻炉内800850。C预烧保温24小时，自然冷却到室温，出炉。将予赚粉体捣碎研磨1小时，m尼龙罐中，加入无水乙醇为分散剂和氧化锆球为球磨介质，无水乙醇与予鹏粉体的质量比为1:2，用球磨机球磨612小时，进行二次球磨，,为300转/分，分离氧化锆球，将混合料放入千燥箱内，8(TC千燥510小时，过80目筛；(4)造粒.将予鹏过的烧块用ff^研细过160目筛，加入丙三醇和质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，预烧粉体与5%的聚乙烯醇溶液、丙三醇的质量比为l:0.0680.072:0.00970.013，充分搅拌，自然干燥，过120目的筛，制成球状粉粒；(5)压片将造粒后的粉粒^A直径为15mm的不锈钢模具内，在100Mpa压力下压成1.5nim的圆柱状坯件；(6)排胶将坯件放入电阻炉内，50(TC保温1小时进行有机物排除；(7)烧结将排胶坯件放入氧化铝坩埚内，盖上氧化铝坩埚盖进行密封，升温速度25TV分钟，880100(TC烧结35小时，随炉自然冷却到室温；(8)烧银将烧结好的陶瓷表面打磨，抛光至0.81.2mm厚，用功率为100w的超声波清洗机、频率为50kHz的超声波清洗30射中，烘箱内80T干燥510小时，在其上下表面涂覆厚度为0.010.03mm的银浆，置于电阻炉中，850。C保温30分钟，自然冷却至室温；(9)极化将烧好银的试样置于甲基硅油中加热至120180°C，施加3kV/mm5kV/mm的直流高压，持续1530分钟，制备成压电陶瓷。3、按照权利要求2所述的掺杂的五元系低温烧结压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于在本发明的制备钩铜酸钡工艺步骤(1)中，经石开磨过筛后的BaC03、CuO、W(V混合料，在电阻炉内700750。C预烧23小时合成Ba(OwU(k在预烧工艺步骤(3)中，将研磨后的料置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实至松装密度为1.5g/cm3，加盖，在电阻炉内80083(TC搬保温23小时;在烧结工艺步骤(7)中，糊,特Mft化CT^内，魟氧化娜埚織行密甜，升^M25。C房，900950。C烧结34.5小时。4、按照权利要求2所述的掺杂的5^系低温烧结压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于在本发明的制备钩铜酸钡工艺步骤(1)中，经石iF磨过筛后的BaC03、CuO、W03混合料，在电阻炉内73(TC预烧3小时合成Ba(Cuv2Wv2)03;在予鹏工艺步骤(3)中，#5开磨后的料置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实至松装密度为1.5g/cm3，加盖，在电阻炉内80(TC予赚保温3小时；在烧结工艺步骤(7)中，将排胶还件放入氧化铝坩埚内，盖上氧化铝柑埚盖进行密封，升皿度25。C/射中，930。C烧结4小时。全文摘要一种掺杂的五元系低温烧结压电陶瓷材料，用下述通式表示的材料组成0.02Pb(Mg<sub>1/2</sub>W<sub>1/2</sub>)O<sub>3</sub>-yPb(Sb<sub>1/2</sub>Nb<sub>1/2</sub>)]O<sub>3</sub>-(0.39-y)Pb(Ni<sub>1/3</sub>Nb<sub>2/3</sub>)O<sub>3</sub>-Pb<sub>0.59</sub>(Zr<sub>0.38</sub>Ti<sub>0.21</sub>)O<sub>3</sub>+xBa(Cu<sub>1/2</sub>W<sub>1/2</sub>)O<sub>3</sub>，式中0.00wt.％≤x≤0.40wt.％，0.000＜y≤0.030mol。其制备方法包括制备制备钨铜酸钡、配料合成、预烧、造粒、压片、排胶、烧结、烧银、极化工艺步骤。本发明经大量的实验室研究实验，结果表明，所制备高压电常数、高平面压电常数、低温烧结五元系压电陶瓷材料的性能与文献报道的同类陶瓷材料相比，机械品质因数Q<sub>m</sub>和介电损耗tanδ明显降低，压电常数d<sub>33</sub>和平面机电耦合系数K<sub>p</sub>明显提高，并且烧结温度明显从1200℃降到930℃，制备工艺简单、重复性好，成品率高、成本低的优点。文档编号C04B35/622GK101343182SQ20081015074公开日2009年1月14日申请日期2008年8月28日优先权日2008年8月28日发明者晁小练,杨祖培申请人:陕西师范大学