一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO₃结构高温度稳定性压电陶瓷材料及其制备方法

一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO₃结构高温度稳定性压电陶瓷材料及其制备方法
【专利摘要】一种氧化锂?三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料及其制备方法，它涉及一种压电陶瓷材料及其制备方法。本发明压电陶瓷的化学通式为A1?2xLixMxBO3，x＝0.1～10mol％，或为A1?2xLixMxTiyZr1?yO3，x＝0.1～10mol％，y＝0～100mol％。制备的氧化锂?氧化铝共掺杂钛酸钡陶瓷(LixAlx Ba1?2xTiO3)在x＝1mol％时d33＝301pC/N，退极化温度接近居里温度，同样，制备的氧化锂?氧化铅公掺杂锆钛酸铅陶瓷(LixAlxPb1?2xZr0.52Ti0.48O3)在x＝1mol％时d33＝320pC/N，退极化温度接近居里温度。
【专利说明】
一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种压电陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]压电陶瓷材料在电子功能材料领域中占有相当大的比重，受到广泛的关注。最早的压电材料主要是压电单晶材料，但单晶材料的制备成本高昂，随后制备工艺简单的多晶陶瓷材料被发现，压电陶瓷材料是以发现BaT13(BT)陶瓷开始的，并且BT陶瓷一经发现就得到实际运用，研究者不断对与BT结构相类似的ABO3型钙钛矿结构陶瓷进行改性，得到一些更加优异性能的材料，并广泛应用于滤波器、压电换能器等各种压电器件中。
[0003]对ABO3型钙钛矿结构的压电陶瓷进行改性的方法主要是通过掺杂获得两相或多相共存，掺杂获得大压电效应最基本的途径有两种:一种是多相转变(polymorphic phasetransit1n，PPT),如KNN体系，当正交相(orthorhombic，O)到四方相(tetragonal，T)的相转变温度IVt降至室温附近时，利用温度驱动的0—Τ相变也能够产生大的压电性能，这种方法有一个比较大的缺点，即压电陶瓷的温度稳定性不好，因为随着温度的增加，陶瓷发生相变，不在处于两相共存区域；另一种是设计准同型相界(Morphotropic Phase Boundary,MPB)，MPB最早在铅基压电陶瓷中发现(PZT)，MPB是指ABO3钙钛矿型铁电固溶体相图中准同型相的分界线，在MPB附近，会出现很高的介电和压电性能，这种现象被称为MPB效应.。例如PZT系中四方相(T相)和菱方相(R相)的分界线(Zr:Ti = 52:48)，随后在无铅压电陶瓷体系(Ba(ZrQ.2TiQ.8)03-(Ba().7Ca().3)Ti03(BZT-BCT))中也发现了MPB，并且获得了较大的压电系数，但该体系的居里温度偏低制约了它的实用化。
[0004]除了掺杂改性以外，特殊的烧结工艺以及陶瓷晶粒的细化也能够获得较为大的压电系数，例如，申请号为200710114644.3，公开号为CN101182203的专利公开了一种钛酸钡基压电陶瓷材料的制备方法，它通过制备晶粒粒径平均尺寸在Ο^-?.δμπι的陶瓷，从而获得压电系数d33值大于225pC/N的钛酸钡压电陶瓷材料。在所公开的专利中，在ABO3型钙钛矿结构压电陶瓷中获得大的压电效应基本来源于以上三种方法。
[0005]通过PPT获得的大压电效应存在温度稳定性低的缺点；虽然MI3B附近的压电系数很大，但寻找MPB的过程却是十分漫长的，因为MPB只存在于比较狭小的组分区间内，所以前期的实验工作量是很大的；特殊的烧结工艺虽然能获得较大的压电系数，但烧结工艺的复杂性给工业化大规模生产带来了不便。本发明通过简单的掺杂与传统烧结工艺在压电陶瓷中获得高温度稳定性的大压电系数，掺杂效果在两种典型的AB03结构陶瓷中得到验证，本发明利用简单的制备工艺获得性能优异的压电陶瓷，符合商业化生产的要求。

【发明内容】

[0006]本发明的目的是通过普通原料和传统固相合成法制备高压电性能的AB03(A:+2B:+4)型压电陶瓷，而提供了1^20与1203(1^1、6&、111、1'1或1^系元素)共掺杂4803型氧化物而形成A1-2xLixMxB03压电陶瓷的制备方法。
[0007]本发明的一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料，它的化学组成通式为AnLixMxT13;其中，A为二价金属阳离子;M为三价金属阳离子;其中，x = 0.1?10mol% ο
[0008]本发明的一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料的制备方法，它是按照以下步骤制备的:
[0009]一、配料:
[0010]将原料ACO3(AO)、Ti02、Li20和M2O3按化学计量比AnLixMxT13进行称量，其中X =0.1?1mol % ；
[0011]二、将步骤一称量的原料放入尼龙球墨罐中，介质为乙醇和氧化锆球，球料比为3:1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为13?15h;球磨结束后将浆料放于80°C下保温烘干24h，之后将粉料收集；
[0012]三、预烧结:
[0013]将步骤二获得的粉料放入高纯氧化铝干锅中，以5°C/min的升温速率升温至1150?1250°C、800 ?1000°C 或 1000 ?1300°C，保温 2 ?6h;
[0014]四、球磨:
[0015]将步骤三中预烧结后的粉体再次放入球磨罐中，球磨介质为无水乙醇和氧化锆球，球料比为3:1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为13?15h;结束后将浆料放于80 °C下保温烘干24h，之后将粉料收集；
[0016]五、造粒:
[0017]将步骤四烘干后的粉体进行研磨、过筛，然后添加少量5wt.%聚乙烯醇充分研磨进行造粒；
[0018]六、成型:
[0019]将步骤五造粒后的粉体放入模具中，在7?1MPa的压力下压制成圆片；
[0020]七、排胶:
[0021]将步骤六中所压制的圆片放入高温烧结炉中，以I?1.5°C/min的升温速率升温至500°C，保温Ih进行排胶；
[0022]八、烧结
[0023]将步骤七中排胶后的圆片放入高纯氧化铝陶瓷坩祸中，(，以5°C/min的升温速率升温至1300?1400 °C、1200?1300 °C或1300?1450 °C，保温2?6h，随炉冷却至室温，得到化学通式SAuxLixMxT13的压电陶瓷；
[0024]九、被银
[0025]将步骤八中得到的压电陶瓷片表面进行抛光，在表面涂抹银浆，然后将陶瓷片放入烧结炉中，在500 0C下退火，保温30min ；
[0026]十、极化
[0027]将步骤九中获得的带有银电极的陶瓷片置于80?120°C温度下极化30min，其中极化场强为l-3kv/mm，即完成所述的氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料制备。
[0028]本发明的一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料，它的化学组成通式为A^xLixMxTiyZn-yOs;其中，A为二价金属阳离子;M为三价金属阳离子；其中，x = 0.I?1mol %，y = 0?100mol%。
[0029]本发明的一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料的制备方法，它是按照以下步骤进行的:
[0030]一、配料:
[0031]将原料ACO3(AO)、Ti02、Zr02、Li20和M2O3按化学计量比AuLixMxTiyZn—yOs进行称量，其中，x = 0.1?1mol %，y = 0?100mol% ；
[0032]二、球磨
[0033]将步骤一称量的原料放入尼龙球墨罐中，介质为乙醇和氧化锆球，球料比为3:1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为13?15h;结束后将浆料放于80°C下保温烘干24h，之后将粉料收集；
[0034]三、预烧结:
[0035]将步骤二获得的粉料放入高纯氧化铝干锅中，以5°C/min的升温速率升温至1150?1250°C、800 ?1000°C 或 1000 ?1300°C，保温 2 ?6h;
[0036]四、球磨
[0037]将步骤三中预烧结后的粉体再次放入球磨罐中，球磨介质为无水乙醇和氧化锆球，球料比为3:1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为13?15h;结束后将浆料放于80 °C下保温烘干24h，之后将粉料收集；
[0038]五、造粒
[0039]将步骤四烘干后的粉体进行研磨、过筛，然后添加5wt.%聚乙烯醇充分研磨进行造粒;
[0040]六、成型
[0041]将步骤五造粒后的粉体放入模具中，在7?1MPa的压力下压制成圆片；
[0042]七、排胶
[0043]将步骤六中所压制的圆片放入高温烧结炉中，以I?1.5°C/min的升温速率升温至500°C，保温Ih进行排胶；
[0044]八、烧结
[0045]将步骤七中排胶后的圆片放入高纯氧化铝陶瓷坩祸中，以5°C/min的升温速率升温至1300?1400 °C、1200?1300°C或1300?1450 °C，保温2?6h，随炉冷却至室温，得到化学通式为A1-2xLixMxTiyZn—y03的压电陶瓷；
[0046]九、被银
[0047]将步骤八中得到的压电陶瓷片表面进行抛光，在表面涂抹银浆，然后将陶瓷片放入烧结炉中，在500 0C下退火，保温30min ；
[0048]十、极化
[0049]将步骤九中获得的带有银电极的陶瓷片至于80?1200C下极化30min，其中极化场强为I?3kv/mm，即完成所述的氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料制备。
[0050]本发明包含以下有益效果:
[0051]本发明提供了一种提高ABO3型钙钛矿结构压电陶瓷压电性能的方法，该陶瓷的分子式为A1-2xLixMxTiyZn—y03，其中，A可以为Ba2+Pb2+Sr2+等二价金属阳离子，M可以为Al等三价金属阳离子，x = 0.1?10mol%，y = 0?100mol%。制备该材料的方法简单，成本低廉，性能突出，尤其是较高的温度稳定性是依靠PPT和MPB制备出的陶瓷所不能比拟的。
[0052]利用本发明方法制备的氧化锂-氧化铝共掺杂钛酸钡陶瓷(LixAlxBanxT13)在X=I %时d33 = 301pC/N，d33是纯钛酸钡陶瓷的2.5倍，kP = 0.35，退极化温度接近居里温度，同样，利用本方法制备的氧化锂-氧化铅公掺杂错钛酸铅陶瓷LixAlxPb1-2xZr0.52TiQ.4803)在X =1%时d33 = 320pC/N，d33是纯锆钛酸铅陶瓷的2倍，退极化温度接近居里温度d33 = 320pC/N，kP = 0.5，退极化温度接近居里温度。本发明制备工艺简单，价格低廉，只需按照特定的化学计量比进行配料，普通烧结后即可获得具有优异性能的高温度稳定性压电陶瓷。
【附图说明】
[0053]图1为L i ο.Q1 Al ο.Q1Ba0.98T i O3陶瓷的表面形貌图；
[0054]图2为不同掺杂含量的BaT13粉末的XRD图；其中，Α*0ι?ο1.%，Β*0.5ι?ο1.% ,C为Imol.%，0为1.5mol.% ；
[0055]图3为不同掺杂含量的BaT13陶瓷的压电系数与机电耦合系数；
[0056]图4为不同掺杂含量的BaT13陶瓷压电性能的温度稳定性;其中，为A为Omol.%，B为0.5mol.%，。为1!1101.%，0为1.5mol.% ；
[0057]图5为L1.0iAl().()iPb().98Z;r().52Ti().4803陶瓷的表面形貌图；
[0058]图6为不同掺杂含量的PbZr0.52T1.4803粉末的XRD图；其中，A为Omol.% 3为
0.5mo 1.%, C 为 Imo I.%，D为 I.5mo 1.% ；
[0059]图7为不同掺杂含量的PbZr0.52T1.4803陶瓷的压电系数与机电親合系数；
[0060]图8为不同掺杂含量的PbZr0.52T1.4803陶瓷压电性能的温度稳定性；其中，A为Omol.%，13为0.5mol.%，C^lmo 1.%，0为1.5mol.%。
【具体实施方式】
[0061 ]【具体实施方式】一:本实施方式的一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3型钙钛矿结构压电陶瓷材料，它的化学组成通式SAnxLixMxT13;其中，A为二价金属阳离子;M为三价金属阳离子;其中，χ = 0.I?1mol %。
[0062]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的二价金属阳离子为Ba2+、Pb2+、Sr2+、Ca2+或Zn2+;所述的三价金属阳离子为Al、Ga、In、TI或La系元素。其它与【具体实施方式】一相同。
[0063]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:x=I?8mol %。其它与【具体实施方式】一相同。
[0064]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:x=I?6mol %。其它与【具体实施方式】一相同。
[0065]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:X= 0.5?5mol %。其它与【具体实施方式】一相同。
[0066]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:x= 2?8mol%。其它与【具体实施方式】一相同。
[0067]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:X= 0.5?3mol %。其它与【具体实施方式】一相同。
[0068]【具体实施方式】八:本实施方式一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3型钙钛矿结构压电陶瓷材料的制备方法，它是按照以下步骤制备的:
[0069]一、配料:
[0070]将原料ACO3(AO)、Ti02、Li20和M2O3按化学计量比AnLixMxT13进行称量，其中X =0.1?1mol % ；
[0071]二、将步骤一称量的原料放入尼龙球墨罐中，介质为乙醇和氧化锆球，球料比为3:1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为13?15h;球磨结束后将浆料放于80°C下保温烘干24h，之后将粉料收集；
[0072]三、预烧结:
[0073]将步骤二获得的粉料放入高纯氧化铝干锅中，以5°C/min的升温速率升温至1150?1250°C、800 ?1000°C 或 1000 ?1300°C，保温 2 ?6h;
[0074]四、球磨:
[0075]将步骤三中预烧结后的粉体再次放入球磨罐中，球磨介质为无水乙醇和氧化锆球，球料比为3:1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为13?15h;结束后将浆料放于80 °C下保温烘干24h，之后将粉料收集；
[0076]五、造粒:
[0077]将步骤四烘干后的粉体进行研磨、过筛，然后添加5wt.%聚乙烯醇充分研磨进行造粒;
[0078]六、成型:
[0079]将步骤五造粒后的粉体放入模具中，在7?1MPa的压力下压制成圆片；
[0080]七、排胶:
[0081]将步骤六中所压制的圆片放入高温烧结炉中，以I?1.5°C/min的升温速率升温至500°C，保温Ih进行排胶；
[0082]八、烧结
[0083]将步骤七中排胶后的圆片放入高纯氧化铝陶瓷坩祸中，(，以5°C/min的升温速率升温至1300?1400 °C、1200?1300 °C或1300?1450 °C，保温2?6h，随炉冷却至室温，得到化学通式SAuxLixMxT13的压电陶瓷；
[0084]九、被银
[0085]将步骤八中得到的压电陶瓷片表面进行抛光，在表面涂抹银浆，然后将陶瓷片放入烧结炉中，在500 0C下退火，保温30min ；
[0086]十、极化
[0087]将步骤九中获得的带有银电极的陶瓷片置于80?120°C温度下极化30min，其中极化场强为l-3kv/mm，即完成所述的氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3型钙钛矿结构压电陶瓷材料制备。
[0088]本实施方式中的若带有银电极的陶瓷片化学通式为LixAlxBauxT13则在步骤十的极化时置于80°C温度下极化30min。
[0089]本实施方式中的若带有银电极的陶瓷片化学通式为LixAlxPbnZr0.52T1.4803则在步骤十的极化时置于120 0C温度下极化30min。
[0090]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】八不同的是:若步骤一中的化学通SAuxLixMxT13中的A为Ba2+离子，则步骤三中的温度升至1150?1250°C，步骤八中的温度升至1300?1400°C;若步骤一中的化学通SA1^xLixMxT13中的A为Pb2+离子，则步骤三中的温度升至800?1000°C，步骤八中的温度升至1200?1300°C ;若步骤一中的化学通式A1-2xLixMxTi03中的A为Sr2+离子，则步骤三中的温度升至1000?1300°C，步骤八中的温度升至1300?1450°C。其它与【具体实施方式】八相同。
[0091 ]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】八不同的是:若步骤一中的化学通SAnxLixMxT13中的A为Pb2+离子，则步骤八中的圆片需要用步骤二收集的粉料覆盖。其它与【具体实施方式】八相同。
[0092]【具体实施方式】^^一:本实施方式与【具体实施方式】八不同的是:x= I?8mol %。其它与【具体实施方式】八相同。
[0093]【具体实施方式】十二:本实施方式与【具体实施方式】八不同的是:x= I?6mol %。其它与【具体实施方式】八相同。
[0094]【具体实施方式】十三:本实施方式与【具体实施方式】八不同的是:x= 0.5?6%mol %。其它与【具体实施方式】八相同。
[0095]【具体实施方式】十四:本实施方式与【具体实施方式】八不同的是:x= 2?8mol %。其它与【具体实施方式】八相同。
[0096]【具体实施方式】十五:本实施方式与【具体实施方式】八不同的是:X= 0.5?4mol %。其它与【具体实施方式】八相同。
[0097]【具体实施方式】十六:本实施方式的一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3型钙钛矿结构压电陶瓷材料，它的化学组成通式SAnxLixMxTiyZr113;其中，A为二价金属阳离子;M为三价金属阳离子;其中，χ = 0.I?1mol %，y = 0?10mol %。
[0098]【具体实施方式】十七:本实施方式与【具体实施方式】十六不同的是:所述的二价金属阳离子为Ba2+、Pb2+或Sr2+;所述的三价金属阳离子为Al、Ga、In、TI或La系元素。其它与【具体实施方式】十六相同。
[0099]【具体实施方式】十八:本实施方式与【具体实施方式】十六不同的是:x= 0.1?8mol%，y = l?100mol%。其它与【具体实施方式】十六相同。
[Ο?ΟΟ]【具体实施方式】十九:本实施方式与【具体实施方式】十六不同的是:χ=1?6mol%，y=10?10mol %。其它与【具体实施方式】十六相同。
[0101]【具体实施方式】二十:本实施方式与【具体实施方式】十六不同的是:x= 2?6mol%，y=20?10mol %。其它与【具体实施方式】十六相同。
[0102]【具体实施方式】二^^一:本实施方式与【具体实施方式】十六不同的是:x = 0.5?4mol%，y = 30?10mol %。其它与【具体实施方式】十六相同。
[0103]【具体实施方式】二十二:本实施方式与【具体实施方式】十六不同的是:x = 0.5?2mol%，y = 40?10mol %。其它与【具体实施方式】十六相同。
[0104]【具体实施方式】二十三:本实施方式与【具体实施方式】十六不同的是:x= 0.3?Imol%，y = 50?100mol%。其它与【具体实施方式】十六相同。
[0105]【具体实施方式】二十四:本实施方式与【具体实施方式】十六不同的是:x= 0.5?3mol%，y = 60?10mol %。其它与【具体实施方式】十六相同。
[0106]【具体实施方式】二十五:本实施方式与【具体实施方式】十六不同的是:x= 2?4mol%，y = 70?100mol%。其它与【具体实施方式】十六相同。
[0107]【具体实施方式】二十六:本实施方式与【具体实施方式】十六不同的是:x= 4?8mol%，y = 80?100mol%。其它与【具体实施方式】十六相同。
[0108]【具体实施方式】二十七:本实施方式的一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料的制备方法，它是按照以下步骤进行的:
[0109]一、配料:
[0110]将原料ACO3(AO)、Ti02、Zr02、Li20和M2O3按化学计量比AuLixMxTiyZn—yOs进行称量，其中，x = 0.1?1mol %，y = O?10moI % ；
[0111]二、球磨
[0112]将步骤一称量的原料放入尼龙球墨罐中，介质为乙醇和氧化锆球，球料比为3:1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为13?15h;结束后将浆料放于80°C下保温烘干24h，之后将粉料收集；
[0113]三、预烧结:
[0114]将步骤二获得的粉料放入高纯氧化铝干锅中，以5°C/min的升温速率升温至1150?1250°C、800 ?1000°C 或 1000 ?1300°C，保温 2 ?6h;
[0115]四、球磨
[0116]将步骤三中预烧结后的粉体再次放入球磨罐中，球磨介质为无水乙醇和氧化锆球，球料比为3:1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为13?15h;结束后将浆料放于80 °C下保温烘干24h，之后将粉料收集；
[0117]五、造粒
[0118]将步骤四烘干后的粉体进行研磨、过筛，然后添加5wt.%聚乙烯醇充分研磨进行造粒;
[0119]六、成型
[0120]将步骤五造粒后的粉体放入模具中，在7?1MPa的压力下压制成圆片；
[0121]七、排胶
[0122]将步骤六中所压制的圆片放入高温烧结炉中，以I?1.5°C/min的升温速率升温至500°C，保温Ih进行排胶；
[0123]八、烧结
[0124]将步骤七中排胶后的圆片放入高纯氧化铝陶瓷坩祸中，以5°C/min的升温速率升温至1300?1400 °C、1200?1300°C或1300?1450 °C，保温2?6h，随炉冷却至室温，得到化学通式为A1-2xLixMxTiyZn—y03的压电陶瓷；
[0125]九、被银
[0126]将步骤八中得到的压电陶瓷片表面进行抛光，在表面涂抹银浆，然后将陶瓷片放入烧结炉中，在500 0C下退火，保温30min ；
[0127]十、极化
[0128]将步骤九中获得的带有银电极的陶瓷片至于80?120°C (LixAlxBauxT13:80°C，LixAlxPb1-2xZr0.52T1.48θ3:120°C )下极化30min，其中极化场强为I?3kv/mm，即完成所述的氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料制备。
[0129]【具体实施方式】二十八:本实施方式与【具体实施方式】二十七不同的是:若步骤一中的化学通式A1-2xLixMxTiyZn—y03中的A为Ba2+离子，则步骤三中的温度升至1150?1250 °C，步骤八中的温度升至1300?1400°C;若步骤一中的化学通SA1^xLixMxT13中的A为Pb2+离子，则步骤三中的温度升至800?1000 0C，步骤八中的温度升至1200?1300 V ；若步骤一中的化学通式AuxLixMxT13中的A为Sr2+离子，则步骤三中的温度升至1000?1300°C，步骤八中的温度升至1300?1450°C。其它与【具体实施方式】二十七相同。
[0130]【具体实施方式】二十九:本实施方式与【具体实施方式】二十七不同的是:若步骤一中的化学通式AuLixMxTiyZn-yOs中的A为Pb2+离子，则步骤八中的圆片需要用步骤二收集的粉料覆盖。其它与【具体实施方式】二十七相同。
[0131]本
【发明内容】
不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个【具体实施方式】的组合同样也可以实现发明的目的。
[0132]通过以下实施例验证本发明的有益效果:
[0133]实施例1
[0134](I).配料
[0135]将原料碳酸钡(BaT13,BT)，氧化钛(T12),氧化锂(Li2O)或者碳酸锂(Li2CO3),氧化招(AI2O3)按化学计量比LixAlxBa1-2xTi03(x = 0?3mol.% )进行称量；
[0136](2).球磨
[0137]将步骤(I)称量红的原料放入尼龙球磨罐中，球磨介质为无水乙醇与氧化锆球，球料比为5:1，球磨机转速为350r/min，球磨15h，球磨所得到楽料放于80°C保温干燥24h;
[0138](3).预烧结
[0139]将步骤(2)粉料放入高纯氧化铝干锅中，以5°C/min的升温速率升温至1250°C，保温2h ；
[0140](4).球磨
[0141]将步骤(3)中预烧结后的粉体再次放入球磨罐中，球磨介质为无水乙醇和氧化锆球，球料比为3:1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为13?15h;结束后将浆料放于80 °C下保温烘干24h，之后将粉料收集；
[0142](5).造粒
[0143]将步骤(4)烘干后的粉体进行研磨、过筛，然后添加5wt.%聚乙烯醇充分研磨进行造粒;
[0144](6).成型
[0145]将步骤(5)造粒后的粉体放入模具中，在7-10MPa的压力下压制成圆片；
[0146](7).排胶
[0147]将步骤(6)中所压制的圆片放入高温烧结炉中，以I?1.5°C/min的升温速率升温至500°C，保温Ih进行排胶；
[0148](8)烧结
[0149]将步骤(7)中排胶后的圆片放入高纯氧化铝陶瓷坩祸中，以5°C/min的升温速率升温至1350°C，保温2?6h，随炉冷却至室温，得到化学通式为LixAlxBauxT13的压电陶瓷，其中 x = 0 ?3mol.% ；
[0150](9)被银
[0151]将步骤八中得到的压电陶瓷片表面进行抛光，在表面涂抹银浆，然后将陶瓷片放入烧结炉中，在500 0C下退火，保温30min ；
[0152](10)极化
[0153]将步骤9中获得的带有银电极的陶瓷片至于80°C下极化30min，其中极化场强为3kv/mm0
[0154]本实施例的结果如图1至图4所示，图1说明BaT13在掺杂后的组织十分致密，图2说明在0-1.5mol.%掺杂范围内，陶瓷保持四方相结构，掺杂没有改变陶瓷的晶格结构，图3为陶瓷掺杂前后的压电系数和机电耦合系数，二者均在Imol.%掺杂量时达到最大值，分别为(133 = 301?(:/^，1^ = 0.35，(133是纯8&1103陶瓷的2.5倍，图4展示了压电系数的温度稳定性，可以看出掺杂后的陶瓷的退极化温度接近居里温度，说明掺杂陶瓷的温度稳定性得到了极大的提高，由此可知，掺杂使陶瓷获得较高温度稳定性的大压电系数。
[0155]实施例2
[0156](I).配料
[0157]将原料氧化铅(PbO)，氧化钛(T12)，氧化锆(ZrO2)氧化锂(Li2O)，氧化铝(Al2O3)按化学计量比LixAlxPbi—2xT1.48Zr0.5203(x = 0?3mol.% )进行称量;
[0158](2).球磨
[0159]将步骤(I)称量红的原料放入尼龙球磨罐中，球磨介质为无水乙醇与氧化锆球，球料比为5:1，球磨机转速为350r/min，球磨15h，球磨所得到楽料放于80°C保温干燥24h;
[0160]⑶.预烧结
[0161 ] 将步骤(2)粉料放入高纯氧化铝干锅中，以5°C/min的升温速率升温至900°C，保温2h；
[0162](4).球磨
[0163]将步骤(3)中预烧结后的粉体再次放入球磨罐中，球磨介质为无水乙醇和氧化锆球，球料比为3:1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为13?15h;结束后将浆料放于80 °C下保温烘干24h，之后将粉料收集；
[0164](5).造粒
[0165]将步骤(4)烘干后的粉体进行研磨、过筛，然后添加少量5wt.%聚乙烯醇充分研磨进行造粒；
[0166](6).成型
[0167]将步骤(5)造粒后的粉体放入模具中，在7?1MPa的压力下压制成圆片；
[0168](7).排胶
[0169]将步骤(6)中所压制的圆片放入高温烧结炉中，以I?1.5°C/min的升温速率升温至500°C，保温Ih进行排胶；
[0170](8)烧结
[0171]将步骤(7)中排胶后的圆片放入高纯氧化铝陶瓷坩祸中，并用自己的粉料覆盖，防止Pb2+离子挥发，以5°C/min的升温速率升温至1250°C，保温2h，随炉冷却至室温，得到化学通式为 LixAlxPbp2xTiu8Zr0.5203 的压电陶瓷，其中 x = 0-3mol.%;
[0172](9)被银
[0173]将步骤八中得到的压电陶瓷片表面进行抛光，在表面涂抹银浆，然后将陶瓷片放入烧结炉中，在500 0C下退火，保温30min ；
[0174](10)极化
[0175]将步骤9中获得的带有银电极的陶瓷片至于120°C下极化30min，其中极化场强为3kv/mm0
[0176]本实施例的结果如图5至图8所示，图5说明PZT在掺杂后的组织十分致密，图6说明在0-1.5mol.%掺杂范围内，陶瓷保持四方相结构，掺杂没有改变陶瓷的晶格结构，图7为陶瓷掺杂前后的压电系数和机电耦合系数，二者均在Imol.%掺杂量时达到最大值，分别为d33=320pC/N，kP = 0.5，d33是纯PZT陶瓷的2倍，图8展示了压电系数的温度稳定性，可以看出掺杂后的陶瓷的退极化温度接近居里温度，说明掺杂陶瓷的温度稳定性得到了极大的提高，由此可知，掺杂使陶瓷获得较高温度稳定性的大压电系数。
【主权项】
1.一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料，其特征在于它的化学组成通式为AnLixMxT13;其中，A为二价金属阳离子;M为三价金属阳离子;其中，X=0.1?10mol% ο2.根据权利要求1所述的一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料，其特征在于所述的二价金属阳离子为Ba2+、Pb2+、Sr2+、Ca2+或Zn2+;所述的三价金属阳离子为Al、Ga、In、TI或La系元素。3.一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于它是按照以下步骤制备的: 一、配料: 将原料ACO3(AO)、Ti02、Li20和M2O3按化学计量比AnLixMxT13进行称量，其中x = 0.1?1mol %； 二、将步骤一称量的原料放入尼龙球墨罐中，介质为乙醇和氧化锆球，球料比为3:1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为13?15h;球磨结束后将浆料放于80 °C下保温烘干24h，之后将粉料收集； 三、预烧结: 将步骤二获得的粉料放入高纯氧化铝干锅中，以5°C/min的升温速率升温至1150?1250 °C、800?1000 °C 或 1000?1300 °C，保温2?6h ； 四、球磨: 将步骤三中预烧结后的粉体再次放入球磨罐中，球磨介质为无水乙醇和氧化锆球，球料比为3:1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为13?15h;结束后将浆料放于80°C下保温烘干24h，之后将粉料收集； 五、造粒: 将步骤四烘干后的粉体进行研磨、过筛，然后添加少量5wt.%聚乙烯醇充分研磨进行造粒; 六、成型: 将步骤五造粒后的粉体放入模具中，在7?1MPa的压力下压制成圆片； 七、排胶: 将步骤六中所压制的圆片放入高温烧结炉中，以I?1.5°C/min的升温速率升温至500°C，保温Ih进行排胶； 八、烧结 将步骤七中排胶后的圆片放入高纯氧化铝陶瓷坩祸中，(，以5°C/min的升温速率升温至1300?1400 °C、1200?1300 °C或1300?1450 °C，保温2?6h，随炉冷却至室温，得到化学通式为AnLixMxT13的压电陶瓷； 九、被银 将步骤八中得到的压电陶瓷片表面进行抛光，在表面涂抹银浆，然后将陶瓷片放入烧结炉中，在500 0C下退火，保温30min ； 十、极化 将步骤九中获得的带有银电极的陶瓷片置于80?120°C温度下极化30min，其中极化场强为l-3kv/mm，即完成所述的氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料制备。4.根据权利要求3所述的一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于若步骤一中的化学通SA^xLixMxT13中的A为Ba2+离子，则步骤三中的温度升至1150?1250 °C，步骤八中的温度升至1300?1400 °C ；若步骤一中的化学通式AnLixMxT13中的A为Pb2+离子，则步骤三中的温度升至800?1000°C，步骤八中的温度升至1200?1300 °C;若步骤一中的化学通SAuxLixMxT13中的A为Sr2+离子，则步骤三中的温度升至1000?1300°C，步骤八中的温度升至1300?1450°C。5.根据权利要求3所述的一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于若步骤一中的化学通SA1^xLixMxT13中的A为Pb2+离子，则步骤八中的圆片需要用步骤二收集的粉料覆盖。6.一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料，其特征在于它的化学组成通式为A1-2xLixMxTiyZn—y03;其中，A为二价金属阳离子;M为三价金属阳离子;其中，x = 0.I?1mol %，y = 0?100mol%。7.根据权利要求6所述的一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料，其特征在于所述的二价金属阳离子为Ba2+、Pb2+或Sr2+;所述的三价金属阳离子为Al、Ga、In、TI 或 La 系元素。8.一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的: 一、配料: 将原料ACO3 (AO)、T12、ZrO2、Li2O和M2O3按化学计量比A1-2xLixMxTiyZn—y03进行称量，其中，x = 0.I?1mol %，y = 0?100mol% ； 二、球磨 将步骤一称量的原料放入尼龙球墨罐中，介质为乙醇和氧化锆球，球料比为3:1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为13?15h;结束后将浆料放于80°C下保温烘干24h，之后将粉料收集； 三、预烧结: 将步骤二获得的粉料放入高纯氧化铝干锅中，以5°C/min的升温速率升温至1150?1250 °C、800?1000 °C 或 1000?1300 °C，保温2?6h ； 四、球磨 将步骤三中预烧结后的粉体再次放入球磨罐中，球磨介质为无水乙醇和氧化锆球，球料比为3:1，球磨机转速为350r/min，球磨时间为13?15h;结束后将浆料放于80°C下保温烘干24h，之后将粉料收集； 五、造粒 将步骤四烘干后的粉体进行研磨、过筛，然后添加5wt.%聚乙烯醇充分研磨进行造粒； 六、成型 将步骤五造粒后的粉体放入模具中，在7?1MPa的压力下压制成圆片； 七、排胶 将步骤六中所压制的圆片放入高温烧结炉中，以I?1.5°C/min的升温速率升温至500°C，保温Ih进行排胶； 八、烧结 将步骤七中排胶后的圆片放入高纯氧化铝陶瓷坩祸中，以5°C/min的升温速率升温至1300?1400°C、1200?1300°C或1300?1450°C，保温2?6h，随炉冷却至室温，得到化学通式为八!—2xLixMxTiyZn—y03的压电陶瓷; 九、被银 将步骤八中得到的压电陶瓷片表面进行抛光，在表面涂抹银浆，然后将陶瓷片放入烧结炉中，在500 0C下退火，保温30min ； 十、极化 将步骤九中获得的带有银电极的陶瓷片至于80?120°C下极化30min，其中极化场强为I?3kv/mm，即完成所述的氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料制备。9.根据权利要求8所述的一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于若步骤一中的化学通式AnLixMxTiyZr113中的A为Ba2+离子，则步骤三中的温度升至1150?12500C，步骤八中的温度升至1300?1400°C ；若步骤一中的化学通式AuxLixMxT13中的A为Pb2+离子，则步骤三中的温度升至800?1000 °C，步骤八中的温度升至1200?13000C ；若步骤一中的化学通式A1^xLixMxT13中的A为Sr2+离子，则步骤三中的温度升至1000?1300°C，步骤八中的温度升至1300?1450°C。10.根据权利要求8所述的一种氧化锂-三价氧化物共掺杂ABO3结构高温度稳定性压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于若步骤一中的化学通式AnLixMxTiyZr113中的A为Pb2+离子，则步骤八中的圆片需要用步骤二收集的粉料覆盖。
【文档编号】C04B41/88GK105948736SQ201610284859
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】费维栋, 冯宇, 李伟力, 徐丹
【申请人】哈尔滨工业大学