一种高压电应变常数织构压电陶瓷制备方法

专利名称：一种高压电应变常数织构压电陶瓷制备方法
技术领域：
本发明属于陶瓷制备工艺技术领域，尤其是涉及一种高压电应变常数(001)
织构压电陶瓷制备方法。
背景技术：
目前关于压电陶瓷制备方法公开的技术，包括已申请专利，大多用于模板
晶粒生长法(TGG方法)制备织构化PMNT陶瓷的种晶为SrTi03和SrBi4Ti4015。
虽然已经使用这两种种晶制备出了织构度较高的PMNT陶瓷，但都存在本质缺 陷。SrTi03和SrBi4Ti4015晶体的晶格常数与PMNT相差2.5%。晶格错配使PMNT 基体晶粒在SrTiCb和SrBi4Ti40^种晶表面外延形核生长时存在较大应力，生长 缓慢。此外，在TGG法制备织构化PMNT陶瓷的过程中，需添加PbO作为液 相助烧剂。但SrTi03和SrBUTUCh5种晶在富铅中难以稳定存在，易与PMNT基 体反应形成固溶体而丧失种晶的功能。

发明内容
本发明的目的在于提供一种新的高压电应变常数织构压电陶瓷制备方法， 解决现有技术存在的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案 一种高压电应变常数织构压电陶瓷制备方法，包括如下步骤
1) 按照Pb(Mg1/3Nb2/3)03-32.5%PbTi03化学计量比混合化学纯PbO， MgNb206， Ti02球磨6-10h，并在800-850°C低温下预烧4-6小时得到 PMN-32.5PT基体粉；
2) 将基体粉加入包括溶剂和分散剂的溶解体系的球磨罐中球磨8-12h，所 述的基体粉溶剂分散剂=25-35: 8-10: 0.5-1 (质量比)；
3) 将增塑剂和粘结剂溶于溶剂后加入球磨罐中球磨8-12h,所述的增塑剂:粘结剂溶剂=1_5: 1.5-3: 8-10 (质量比)；
4) 将种晶BaTi03溶于溶剂和分散剂后加入球磨罐中，所述的晶种溶剂: 分散剂=1-2: 5-8: 0.1-0.3 (质量比)；
5) 将助熔剂加入球磨罐中，所述的助熔剂为总体系体积分数的0.5-3 wt% PbO，磁力搅拌使之混合均匀，然后以5 cm/sec的速度流延得到200 itim厚度的 基片；
6) 将得到的基片叠层并80。C真空热压5min，之后80°C热压8h，使之成 型并进行冷等静压处理并在700°C常压下排胶lh，在850-950°C，压强60-90MPa 的热压烧结条件下烧结30min得到成品。
优选的方案是 一种高压电应变常数织构压电陶瓷制备方法，包括如下步
1) 按照Pb(Mg1/3Nb2/3)Or32.5%PbTi03化学计量比混合化学纯PbO， MgNb206， Ti02球磨6-10h，并在800-850°C低温下预烧4-6小时得到 PMN-32.5PT基体粉；
2) 将基体粉加入包括溶剂和分散剂的溶解体系的球磨罐中球磨8-12h，所 述的基体粉溶剂分散剂=25-35: 8-10: 0.5-1 (质量比)；
3) 将增塑剂和粘结剂溶于溶剂后加入球磨罐中球磨8-12h，所述的增塑剂
粘结剂溶剂=1-5: 1.5-3: 8-10 (质量比)；
4) 将种晶BaTi03溶于溶剂和分散剂后加入球磨罐中，所述的晶种溶剂 分散剂=1-2: 5-8: 0.1-0.3 (质量比)；
5) 将助熔剂加入球磨罐中，所述的助熔剂为总体系体积分数的0.5-3 wt% PbO，磁力搅拌使之混合均匀，然后以5 cm/sec的速度流延得到200 iim厚度的 基片；
6) 将得到的基片叠层并80。C真空热压5min，之后80°C热压8h，使之成 型并进行冷等静压处理并在700°C常压下排胶lh，在800-850 。C进行SPS烧结 2-4min，然在02气氛中烧结，升温速度5-10° C/min，在1100-1200。C保温4 h，
然后随炉冷却得到成品。更为优选的方案是所述的溶剂为乙醇-丁酮共沸物。 更为优选的方案是所述的分散剂为蓖麻油。
更为优选的方案是所述的增塑剂包括邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯 二甲酸二庚酯(DHP)，所述的DBP: DHP=1: 1 (质量比)。
更为优选的方案是所述的粘结剂为聚乙烯醇縮丁醛(PVB)。 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果
本发明采用Topochemical方法合成的微米级片状BaTi03晶体作为种晶，通过 控制其表面附着PbO烧结助剂的量比，使之达到了烧结后与PMNT陶瓷基体达到 良好匹配的程度，并通过良好的后期热处理工艺使得陶瓷坯体致密度达到98%以 上，从而获得了高品质的高压电应变常数的(001)织构压电陶瓷。本发明制得的 陶瓷相比传统压电陶瓷的压电应变常数(133高15% 30%，这在大位移压电驱动器 中具有重要意义。同时相比同类的SrTiO3和SrBi4Ti4O,5为种晶制备的(001)织构压 电陶瓷，本产品不但性能上略占优势，而且有更好的稳定性和更高的可靠性。 本发明采用了工业生产中较为成熟的流延工艺和热压烧结技术，因此成本相对 较低。
具体实施方式
实施例l
本实施例采用如下工艺，配料及步骤如表1所示
1) 按照Pb(Mg1/3Nb2/3)03-32.5%PbTi03化学计量比混合化学纯PbO， MgNb206， Ti02球磨6-10h，并在800-850。C低温下预烧4-6小时得到 PMN-32.5PT基体粉(PMN-32.5PT);
2) 将基体粉(PMN-32.5PT)加入包括溶剂和分散剂的溶解体系的球磨罐中 球磨12h，所述的基体粉为30g，溶剂(乙醇-丁酮共沸物)为10g:分散剂(蓖
麻油)为0.5-lg;
3) 将增塑剂(DBP+DHP) 2-4g (DBP: DHP=1: 1)和粘结剂(PVB) 1.5-3g
溶于溶剂(乙醇-丁酮共沸物)10g后加入球磨罐中球磨12h;
64) 将种晶BaTi03l-2g，尺寸大约为10 /zmx10 ^mxl ^m，溶于溶剂(乙 醇-丁酮共沸物)5g和分散剂(蓖麻油)为0.1-0.3g后加入球磨罐中；
5) 将助熔剂加入球磨罐中，所述的助熔剂为总体系体积分数的0.5-3 wt% PbO，磁力搅拌使之混合均匀，然后以5 cm/sec的速度流延得到200 pm厚度的 基片；
6) 将得到的基片叠层并80°C真空热压5min,之后80°C热压8h，使之成 型并进行冷等静压处理并在700°C常压下排胶lh，在850-950°C，压强60-90MPa 的热压烧结条件下烧结30min得到成品。
实施例2
本实施例采用如下工艺，配料及步骤如表1所示
1) 按照Pb(Mg/3Nb2/3)03-32.5%PbTi03化学计量比混合化学纯PbO， MgNb206， Ti02球磨6-10h，并在800-850°C低温下预烧4-6小时得到 PMN-32.5PT基体粉(PMN-32.5PT);
2) 将基休粉(PMN-32.5PT)加入包括溶剂和分散剂的溶解体系的球磨罐中 球磨12h，所述的基体粉为30g，溶剂(乙醇-丁酮共沸物)为10g:分散剂(蓖 麻油)为0.5-lg;
3) 将增塑剂(DBP+DHP) 2-4g (DBP: DHP=1: 1)和粘结剂(PVB) 1.5-3g 溶于溶剂(乙醇-丁酮共沸物)10g后加入球磨罐中球磨12h;
4) 将种晶BaTi03l-2g，尺寸大约为10 /zmxl0 〃mxl 〃m，溶于溶剂(乙 醇-丁酮共沸物)5g和分散剂(蓖麻油)为0.1-0.3§后加入球磨罐中；
5) 将助熔剂加入球磨罐中，所述的助熔剂为总体系体积分数的0.5-3 wt% PbO，磁力搅拌使之混合均匀，然后以5 cm/sec的速度流延得到200 iam厚度的 基片；
6) 将得到的基片叠层并80。C真空热压5min，之后80°C热压8h，使之成 型并进行冷等静压处理并在700°C常压下排胶lh，在800-850 °C进行SPS烧结 2-4min，然在02气氛中烧结，升温速度5-10° C/min，在1100-1200°C保温4 h，
然后随炉冷却得到成品。本实施例得到的产品比实施例1获得高压电应变常数(001)织构压电陶瓷 的更致密，压电应变常数更高。
表1实施例1或2的配料及步骤步骤配料含量(g)
配料基体粉PMN-32.5PT30
溶剂乙醇-丁酮共沸物10
分散剂蓖麻油0.5-1
混料球磨12h
配料增塑剂1: DBP1-2
增塑剂2: DHP1-2
粘结剂PVB1.5-3
溶剂乙醇-丁酮共沸物10
混料球磨12h
禾中晶BaTi031-2
溶剂乙醇-丁酮共沸物
分散剂蓖麻油0.1-0.3
实施例3
本实施例采用如下工艺，配料及步骤如表1所示
1) 按照Pb(Mg1/3Nb2/3)Or32.5%PbTi03化学计量比混合化学纯PbO， MgNb206， Ti02球磨10h，并在800-850°C低温下预烧6小时得到PMN-32.5PT 基体粉(PMN-32.5PT);
2) 将基体粉(PMN-32.5PT)加入包括溶剂和分散剂的溶解体系的球磨罐中 球磨12h，所述的基体粉为25g，溶剂(乙醇-丁酮共沸物)为8g:分散剂(蓖 麻油)为0.5g;
3) 将增塑剂(DBP+DHP) 2g (DBP: DHP=1: 1)和粘结剂(PVB) 1.5g 溶于溶剂(乙醇-丁酮共沸物)10g后加入球磨罐中球磨12h;
4) 将种晶BaTi03lg，尺寸大约为10 〃mx10 ^mxl ^m，溶于溶剂(乙醇 -丁酮共沸物)5g和分散剂(蓖麻油)为0.1g后加入球磨罐中；
5) 将助熔剂加入球磨罐中，所述的助熔剂为总体系体积分数的0.5wt% PbO，磁力搅拌使之混合均匀，然后以5 cm/sec的速度流延得到200 pm厚度的基片； 6)将得到的基片叠层并80°C真空热压5min，之后80°C热压8h，使之成
型并进行冷等静压处理并在700°C常压下排胶lh，在850-950°C，压强60-90MPa
的热压烧结条件下烧结30min得到成品。 实施例4
本实施例采用如下工艺，配料及步骤如表1所示
1) 按照Pb(Mg1/3Nb2/3)Or32.5%PbTi03化学计量比混合化学纯PbO， MgNb206， Ti02球磨10h，并在800-850。C低温下预烧6小时得到PMN-32.5PT 基体粉(PMN-32.5PT);
2) 将基体粉(PMN-32.5PT)加入包括溶剂和分散剂的溶解体系的球磨罐中 球磨12h，所述的基体粉为35g，溶剂(乙醇-丁酮共沸物)为10g:分散剂(蓖 麻油)为lg;
3) 将增塑剂(DBP+DHP) 4g (DBP: DHP=1: 1)和粘结剂(PVB) 3g溶
于溶剂(乙醇-丁酮共沸物)lOg后加入球磨罐中球磨12h;
4) 将种晶BaTi032g，尺寸大约为10 //mx10 //mxl /zm，溶于溶剂(乙醇 -厂酮共沸物)5g和分散剂(蓖麻油)为0.1-0.3g后加入球磨罐中；
5) 将助熔剂加入球磨罐中，所述的助熔剂为总体系体积分数的3 wt%PbO， 磁力搅拌使之混合均匀，然后以5 cm/sec的速度流延得到200 厚度的基片；
6) 将得到的基片叠层并80°C真空热压5min，之后80°C热压8h，使之成 型并进行冷等静压处理并在700°C常压下排胶lh，在800-850 °C进行SPS烧结 2隱4min，然在02气氛中烧结，升温速度5-10° C /min，在1100-1200°C保温4 h， 然后随炉冷却得到成品。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不 能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替 换，都应当视为属于发明型的保护范围。
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权利要求
1.一种高压电应变常数织构压电陶瓷制备方法，包括如下步骤1)按照Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-32.5％PbTiO3化学计量比混合化学纯PbO，MgNb2O6，TiO2球磨6-10h，并在800-850℃低温下预烧4-6小时得到PMN-32.5PT基体粉；2)将基体粉加入包括溶剂和分散剂的溶解体系的球磨罐中球磨8-12h，所述的基体粉∶溶剂∶分散剂＝25-35∶8-10∶0.5-1；3)将增塑剂和粘结剂溶于溶剂后加入球磨罐中球磨8-12h，所述的增塑剂∶粘结剂∶溶剂＝1-5∶1.5-3∶8-10；4)将种晶BaTiO3溶于溶剂和分散剂后加入球磨罐中，所述的晶种∶溶剂∶分散剂＝1-2∶5-8∶0.1-0.3；5)将助熔剂加入球磨罐中，所述的助熔剂为总体系体积分数的0.5-3wt％PbO，磁力搅拌使之混合均匀，然后以5cm/sec的速度流延得到200μm厚度的基片；6)将得到的基片叠层并80℃真空热压5min，之后80℃热压8h，使之成型并进行冷等静压处理并在700℃常压下排胶1h，在850-950℃，压强60-90MPa的热压烧结条件下烧结30min得到成品。
2. —种高压电应变常数织构压电陶瓷制备方法，包括如下步骤[1) 按照Pb(Mg1/3Nb2/3)Or32.5%PbTi03化学计量比混合化学纯PbO， MgNb206， Ti02球磨6-10h，并在800-850°C低温下预烧4-6小时得到 PMN-32.5PT基体粉；[2) 将基体粉加入包括溶剂和分散剂的溶解体系的球磨罐中球磨8-12h，所 述的基体粉溶剂分散剂二25-35: 8-10: 0.5-1;[3) 将增塑剂和粘结剂溶于溶剂后加入球磨罐中球磨8-12h，所述的增塑剂 粘结剂溶剂=1-5: 1.5-3: 8-10;[4) 将种晶BaTi03溶于溶剂和分散剂后加入球磨罐中，所述的晶种溶剂 分散剂=1-2: 5-8: 0.1-0.3;[5) 将助熔剂加入球磨罐中，所述的助熔剂为总体系体积分数的0.5-3 wt%PbO，磁力搅拌使之混合均匀，然后以5 cm/sec的速度流延得到200 iam厚度的 基片；6)将得到的基片叠层并80。C真空热压5min，之后80°C热压8h，使之成 型并进行冷等静压处理并在700°C常压下排胶lh,在800-850 °C进行SPS烧结 2-4min，然在02气氛中烧结，升温速度5-10° C/min，在1100-1200°C保温4 h，然后随炉冷却得到成品。
3. 如权利要求1或2所述的高压电应变常数织构压电陶瓷制备方法，其特 征是所述的溶剂为乙醇-丁酮共沸物。
4. 如权利要求3所述的高压电应变常数织构压电陶瓷制备方法，其特征是: 所述的分散剂为蓖麻油。
5. 如权利要求4所述的高压电应变常数织构压电陶瓷制备方法，其特征是: 所述的增塑剂包括邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二庚酯，所述的邻苯二甲酸二丁酯邻苯二甲酸二庚酯=1: 1。
6. 如权利要求5所述的高压电应变常数织构压电陶瓷制备方法，其特征是:所述的粘结剂为聚乙烯醇縮丁醛。
全文摘要
本发明公开了一种高压电应变常数织构压电陶瓷制备方法，属于陶瓷制备工艺技术领域，采用PbO，MgNb₂O₆，TiO₂球磨预烧得到PMN-32.5PT基体粉，使用BaTiO₃晶体为种晶，在其中加入5-10vol％种晶以及0.5-3wt％PbO作为助烧剂，得到200μm厚度的基片，将得到的基片叠层、成型及冷等静压处理后，再进行热压烧结得到最终的产品。本发明采用BaTiO₃晶体作为种晶，控制其表面附着PbO烧结助剂的量比，使之达到了烧结后与PMNT陶瓷基体达到良好匹配的程度，并通过良好的后期热处理工艺使得陶瓷坯体致密度达到98％以上，从而获得了高品质的高压电应变常数的(001)织构压电陶瓷。
文档编号H01L41/18GK101560106SQ200910107369
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月21日 优先权日2009年5月21日
发明者周绍鑫 申请人:深圳市金雨叶新材料科技有限公司;周绍鑫