专利名称：一种添加物及其降低压电陶瓷烧结温度的用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及无机非金属材料技术领域，特指一种添加物及其降低压电陶瓷烧结温度的用途，采用特殊的添加物LiBiA+CuO+ ZnO-B2O3-Li2O-SiO2玻璃粉来降低压电陶瓷的烧结温度，得到低温烧结(90(T93(TC)高压电性能的压电陶瓷，该压电陶瓷适合于制备压电陶瓷蜂鸣片、多层压电陶瓷器件、电声转换器、超声传感器等。同时能大大降低压电陶瓷器件的成本，而且能抑制氧化铅的挥发，符合环保要求。
背景技术：
压电陶瓷是一种可实现机械能与电能相互转换的功能材料，被广泛应用于军事、 汽车、商业和医疗技术领域；目前，由于无铅压电陶瓷的压电性能与锆鈦酸铅(PZT)基压电陶瓷相差较大，压电陶瓷的生产仍集中于传统的PZT基及其三元、四元系压电陶瓷；但是PZT基陶瓷中氧化铅的含量超过原料总质量的60%以上，氧化铅是一种易挥发性的有毒物质，如果长时间工作在具有氧化铅的环境中，这些氧化铅将蓄积在人体内，致使大脑和神经系统受到损伤；如将烧结温度降低到90(T930°C左右，则可以抑制氧化铅的挥发，符合环保要求，同时将可以敞烧，排胶和烧结一次性完成，简化工艺，降低成本；同时能够采用Ag/ Pd=90/l(T95/5 (重量百分比)合金电极作为多层压电器件的内电极，能大大降低成本；因此，实现PZT基压电陶瓷低温烧结具有如下意义(1)可以降低能耗；(2)可以减少氧化铅的挥发，避免压电陶瓷组分的波动及偏离设计组成，提高产品的合格率，同时消除氧化铅挥发所带来的环境问题；(3)压电陶瓷烧结过程中无需密封烧结，排胶烧结一次性完成，简化工艺，降低成本；(4)在多层压电器件制备中，降低烧结温度，可以采用Ag或Ag含量高的 Pd/Ag合金等作为内电极，降低多层压电器件的成本，因此，研究PZT基压电陶瓷的低温烧结具有重大意义。中国期刊《陕西师范大学学报(自然科学版)》2007年第3期在"YMnO3掺杂四元系PZT-PFW-PMN压电陶瓷电性能的研究” 一文中公开了一种低温烧结压电陶瓷，其烧结温度为1020°C，其压电性能为压电应变常数d33=341pC/N，平面机电耦合系数Kp=O. 574，其压电性能远低于本发明专利；采用YMnO3来降低烧结温度，需要合成YMnO3,成本高而且工艺复杂，配方组成不同于本专利，降低烧结温度的添加物不同于本专利。中国期刊《硅酸盐学报》2006年第4期在“低温烧结ΡΖΤ-0. 5%Pb0 · WO3压电陶瓷”一文中公开了一种低温烧结压电陶瓷，其烧结温度为1100°c，其压电和介电性能为 d33=364pC/N, Kp=O. 596，介电常数为1593 ；其压电性能远低于本发明专利，采用I^bO · WO3掺杂改性PZT以降低烧结温度，配方组成不同于本专利，降低烧结温度的添加物不同于本专利。中国期刊《中国陶瓷》2006年第6期在"BiFeO3对0. 02PNW-0. 07MnN_0. 91PZT低温烧结陶瓷微观结构和压电性能的影响” 一文中公开了一种低温烧结压电陶瓷，其烧结温度为950°C，其压电性能为d33=320pC/N，Kp=0. 50，其压电性能远低于本发明专利，它是采用Bii^eO3来降低烧结温度，需要合成Bii^eO3，成本高而且工艺复杂，降低烧结温度的添加物不同于本专利，配方组成不同于本专利。降低烧结温度的添加物不同于本专利。中国2005年学位论文(作者路朋献)“PZT基压电陶瓷的掺杂改性和低温烧结研究”公开了一种低温烧结压电陶瓷，其配方体系为0.2PZN-0.8PZT和 0. 02PNW-0. 07PMN-0. 91PZT,最佳性能为介电常数为 1952，d33=312pC/N, Kp=O. 498，其压电性能远低于本发明专利，它是采用BWeO3来降低烧结温，需要合成BWeO3，成本高而且工艺复杂，配方组成不同于本专利，降低烧结温度的添加物不同于本专利。中国2005年第i^一届全国电介质物理、材料与应用学术会议论文“五元系PMMSN 压电陶瓷材料及其低温烧结”公开了一种低温烧结压电陶瓷，其配方体系为I^b(Mgv3Nlv3) O3-Pb (Mnl73Nb273) O3-Pb (Mnl73Sb273) O3-Pb (Zr, Ti) O3,得到 1100°C烧结具有如下性能的压电陶瓷介电常数为Π49，d33=326pC/N, Kp=O. 56 ；加入SW2和Cd可使烧结温度降低到850°C 9500C，基本保持了材料性能，其压电性能远低于本专利的压电性能，配方组成不同于本专禾IJ，降低烧结温度的添加物不同于本专利。另有专利“掺杂铌锰酸铅-锆鈦酸铅压电陶瓷材料及其制备工艺”(专利申请号 2004100163 . 0)，它是以铌锰酸铅-锆鈦酸铅压电陶瓷为基体，获得能在中、低温烧结。其压电性能远低于本发明专利，1050°C保温2 4小时烧结的压电陶瓷性能为Κρ=0. 56，介电常数为1300，机械品质因素为1450，配方组成不同于本专利，其压电性能远低于本专利的压电性能，降低烧结温度的添加物不同于本专利。还有专利“低温烧结独石压电陶瓷变压器”(专利申请号86201450)，它是采用在 PZT基料中加入硼-铋-镉低熔玻璃来实现低温烧结，其主要用于制备独石压电陶瓷变压器，该专利公布的是独石压电陶瓷变压器，关于材料配方和性能未涉及，配方组成不同于本专利，降低烧结温度的添加物不同于本专利。还有专利“一种用于降低电声转换器压电陶瓷烧结温度添加物”(专利申请号 200810155055. 4)，它是采用V205、Li2C03、ZnO来降低烧结温度，烧结温度比本专利高，降低烧结温度的添加物不同于本专利。
发明内容
本发明的目的是提供一种能降低压电陶瓷烧结温度的添加物。本发明的目的是这样来实现的
以铌锌-铌镍-锆钛酸铅(PZN-PNN-PZT)为基本配方体系，基本配方体系中加入基本配方体系重量1 11%的添加物，添加物中的组份以质量百分数计LiBiA44 65%，Cu0 广20%，ZnO-B2O3-Li2O-SiO2玻璃粉25、5%，采用常规的含铅压电陶瓷制备工艺，即采用常规的压电陶瓷化学原料，按配方配料、球磨混合、烘干后、过筛、合成，然后球磨、烘干、过筛，力口入粘合剂造粒，过40目筛，再压制成生坯片，在空气中排胶烧结，获得压电陶瓷，上电极，测试性能。上述降低压电陶瓷烧结温度的添加物及其加入量最好采用下列三种方案(重量百分比)
(1)添加物的加入量为基本配方体系重量的1 11%，添加物中的组份以质量百分数计LiBi&44 65%，CuO 1 20%，ZnO-B2O3-Li2O-SiO2 玻璃粉 25 45%。(2)添加物的加入量为基本配方体系重量的2 8%，添加物中的组份以质量百分数计LiBi0246 63%，Cu02 18%，ZnO-B2O3-Li2O-SiO2 玻璃粉 27 43%。(3)添加物的加入量为基本配方体系重量的3 7%，添加物中的组份以质量百分数计LiBi0247 60%，Cu05 16%，ZnO-B2O3-Li2O-SiO2 玻璃粉沘 40%。本发明与现有技术相比，有如下优点
1、本专利获得的压电陶瓷实现低温烧结，烧结温度为90(T93(rc，降低烧结温度的添加物成分简单、成本低，低温烧结能抑制氧化铅的挥发，符合环保要求。2、在压电陶瓷烧结过程中，采用敞烧，排胶和烧结一次性完成，简化工艺，降低成本，采用Ag/Pd=90/l(T95/5 (重量百分比)合金电极作为多层压电器件的内电极，也能大大降低成本。3、与其它的低温烧结的压电陶瓷相比，本专利的低温烧结压电陶瓷的压电性能
尚ο4、本专利采用常规的压电陶瓷的制备工艺即可进行制备，制备工艺简单，容易实现产业化。
具体实施例方式现在结合实施例对本发明作进一步的描述。表1、2给出本发明的二组实施例6个配方。以铌锌-铌镍-锆鈦酸铅(PZN-PNN-PZT)为基本配方体系，铌锌-铌镍-锆鈦酸铅为 (Znl73Nb 2/3) ο. ι (Ni1Z3Nb2Z3) ο. iZr0_ 47Ti0.33)， 重量为100克。二组实施例6个配方的主要原料采用压电陶瓷常用原料，按配方配料，将配好的料用无水乙醇作为介质采用行星球磨机球磨混合，料球乙醇=1 3 (0. 6^0. 9)，球磨时间为6、小时，烘干得到干粉料，过筛、预烧，采用行星球磨机球磨粉碎，料球水=1 3 (0. 6^0. 9)，烘干，过筛，在粉料中加入占其重量14 20%的浓度为5 10%的聚乙烯醇溶液，进行轧膜成型和冲片，形成坯片，然后在90(T93(TC保温1小时进行排胶和烧结(敞烧)，再在 78(T820°C下保温15分钟进行烧银，形成银电极；在如下极化条件极化在3、kV/mm的电场作用下，极化温度为11(T125°C，极化时间为15 20分钟，极化完成后放置48小时后测试介电和压电性能，二组实施例6个配方试样的介电和压电性能列于表3。LiBiO2的制备过程如下将Bi2O3和Li2CO3以1 :1的摩尔比例的料混合研磨混勻， 混合料放在刚玉坩埚内在800°C至820°C下保温30分钟制备LiBiO2,冷却后研磨直到过200 目筛，留以备用。ZnO-B2O3-Li2O-SiO2 玻璃粉的制备过程如下将 ZnO =B2O3 =Li2CO3 =SiO2 以 1 :3 :1 0. 5的摩尔比例的料混合研磨混勻，混合料放在刚玉坩埚内在830°C至850°C下保温40分钟，随后到入冷水中淬冷，干燥以后研磨直到过200目筛，留以备用。表1添加物的加入量及成份
权利要求
1.一种添加物，其特征在于添加物中的组分以质量百分数计LiBi&4r65%，CuO 广20%，ZnO-B2O3-Li2O-SiO2 玻璃粉 25 45%。
2.如权利要求1所述的一种添加物，其特征在于添加物中的组分以质量百分数计 LiBi0246"63%, Cu02 18%，ZnO-B2O3-Li2O-SiO2 玻璃粉 27 43%。
3.如权利要求1所述的一种添加物，其特征在于添加物中的组分以质量百分数计 LiBi0247"60%, Cu05 16%，ZnO-B2O3-Li2O-SiO2 玻璃粉沘 40%。
4.如权利要求1、2或3所述的一种添加物，其特征在于=LiB^2的制备过程如下将 Bi2O3和Li2CO3以1 :1的摩尔比例的料混合研磨混勻，混合料放在刚玉坩埚内在800°C至 820°C下保温30分钟制备LiBiO2，冷却后研磨直到过200目筛，留以备用。
5.如权利要求1、2或3所述的一种添加物，其特征在于=ZnO-B2O3-Li2O-SiO2玻璃粉的制备过程如下将ZnO =B2O3 =Li2CO3 =SiO2以1 :3 :1 :0. 5的摩尔比例的料混合研磨混勻，混合料放在刚玉坩埚内在830°C至850°C下保温40分钟，随后到入冷水中淬冷，干燥以后研磨直到过200目筛，留以备用。
6.如权利要求1所述的一种添加物在降低压电陶瓷烧结温度的用途，其特征在于以铌锌-铌镍-锆钛酸铅(PZN-PNN-PZT)为基本配方体系，基本配方体系中加入基本配方体系重量1 11%的添加物，采用常规的含铅压电陶瓷制备工艺，按配方配料、球磨混合、烘干后、过筛、合成，然后球磨、烘干、过筛，加入粘合剂造粒，过40目筛，再压制成生坯片，在空气中排胶烧结，获得压电陶瓷。
7.如权利要求6所述的一种添加物在降低压电陶瓷烧结温度的用途，其特征在于所述铌锌-铌镍-锆鈦酸铅为 (Znl73Nb 2/3) ο. ι (Ni1Z3Nb2Z3) ο. iZr0_ 47Ti0.33)。
8.如权利要求6所述的一种添加物在降低压电陶瓷烧结温度的用途，其特征在于添加物为基本配方体系重量的2 8%%。
9.如权利要求6所述的一种添加物在降低压电陶瓷烧结温度的用途，其特征在于添加物为基本配方体系重量的3 7%。
10.如权利要求6所述的一种添加物在降低压电陶瓷烧结温度的用途，其特征在于按配方配料，将配好的料用无水乙醇作为介质采用行星球磨机球磨混合，料球乙醇=1 3 (0. 6^0. 9)，球磨时间为6、小时，烘干得到干粉料，过筛、预烧，采用行星球磨机球磨粉碎， 料球:7jC =1 :3:(0. 6 0. 9)，烘干，过筛，在粉料中加入占其重量14 20%的浓度为5 10%的聚乙烯醇溶液，进行轧膜成型和冲片，形成坯片，然后在9(KT93(TC保温1小时进行排胶和AmS口 °
全文摘要
本发明涉及无机非金属材料技术领域，特指一种添加物及其降低压电陶瓷烧结温度的用途，以铌锌-铌镍-锆钛酸铅(PZN-PNN-PZT)为基本配方体系，基本配方体系中加入基本配方体系重量1～11%的添加物，添加物中(质量)LiBiO244~65%，CuO1~20%，ZnO-B2O3-Li2O-SiO225~45%。添加本发明所制备的低温烧结压电陶瓷的性能为介电常数为2500~3000，介质损耗为小于等于2.0%，平面机电耦合系数大于等于65%，压电应变常数大于等于420pC/N,机械品质因素为100~400，烧结温度为900~930℃。本发明能降低压电陶瓷的烧结温度,得到低温烧结(900~930℃)高压电性能的压电陶瓷，大大降低压电陶瓷器件的成本，而且能抑制氧化铅的挥发，符合环保要求。
文档编号C04B35/49GK102531638SQ20121000116
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者王韶华, 蒋瑞各, 高春华, 黄新友 申请人:江苏大学