一种钛酸铅压电陶瓷及制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种钛酸铅压电陶瓷，以PbTiO3为基础配方，Pb3O4和TiO2为主要原料，加入La2O3及MnO2对其进行改性，制得压电应变常数（d33）达54×10-12-50×10-11（C/N）、居里温度为440-480℃的钛酸铅陶瓷。该方法制得的陶瓷，易烧结，结构致密，操作简单，价格便宜，能满足高温深井、航天等的特殊环境要求下的应用，适合大批量生产。
【专利说明】一种钛酸铅压电陶瓷及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钛酸铅压电陶瓷，以La2O3及MnO2为改性剂，制得改性的高温高频钛酸铅压电陶瓷，并提供了一种高温高频钛酸铅压电陶瓷的制备方法。
【背景技术】
[0002]钛酸铅PbTiO3 (简称PT)陶瓷是一种与BaTiO3具有相似结构的钙钛矿型结构的压电、铁电材料，其居里温度高达490°C，介电常数特别低，比PZT小一个数量级，其对时间温度的稳定性也特别好，是一种优秀的高温高频压电陶瓷材料。其厚度、径向各向异性特别大，适合单向发射。由于其良好的高温性能、时间温度老化性能、各向异性大的特点和良好的热释电性能，在高温探井、金属探伤、高频器件、航天压电陀螺、航天用高度指示器、人造卫星地平仪、气象温度探测仪等方面有广泛的应用前景。近年来很多科研机构都开展了相关研究。但由于其显著的各向异性导致烧结困难。当陶瓷体降温越过居里温度时，其晶相结构由立方相变为四方相，晶相c轴显著变长，产生强大的应力导致陶瓷体碎裂，甚至粉化。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种钛酸铅压电陶瓷，为一种具有高温高频性能的钛酸铅压电陶瓷，在PbTiO3的基础配方上，加入La2O3和MnO2添加物进行改性，其配方为:x〔YPbTiO3+ (1-y) La273TiO3) + (1-X)MnO2，其中 x 为 0.98 ~0.995，y 为 0.95 ~0.99，即，按摩尔比计，Pb3O4' Ti02、La2O3 及 MnO2 的摩尔比为 0.31-0.328:0.98-0.995:0.005-0.025:
0.005-0.02。将该配方混合后，在850°C的温度下保温2小时进行预烧处理，经细磨后干压成型，在120(Tl250°C的温度下保温2小时进行烧结，在185~190°C的温度下施加4500V/mm的电场保温保压10分钟进行极化处理，能得到性能优良的PbTiO3压电陶瓷。
[0004]通过一系列性能测试，其性能为:
相对自由介电常数ε\3:180;
介电损耗tg δ:0.8% ；
厚向机电耦合系数Kt:0.47 ;
平面机电耦合系数Kp:0.03 ；
压电应变常数d33:54X 10_12~50X 10_n ；
居里温度 Tc:440^480 °C ；
密度 P:7.75X 103kg/m3。
[0005]该方法制得的陶瓷，易烧结，结构致密，操作简单，价格便宜，能满足高温深井、航天等的特殊环境要求下的应用，适合大批量生产。
【具体实施方式】
[0006]实施例1
将212.7g Pb304、80g TiO2,5.3g La2O3及1.74g MnO2在过量的乙醇溶液中混合后在850°C的温度下保温2小时进行预烧处理，经细磨后干压成型，在1220°C的温度下保温2小时进行烧结，在185°C的温度下施加4500V/mm的电场保温保压10分钟进行极化处理，得到PbTiO3压电陶瓷。
[0007]实施例2
将221.7g Pb304、80g TiO2U.06g La2O3及1.74g MnO2在过量的乙醇溶液中混合后在850°C的温度下保温2小时进行预烧处理，经细磨后干压成型，在1210°C的温度下保温2小时进行烧结，在188°C的温度下施加4500V/mm的电场保温保压10分钟进行极化处理，得到PbTiO3压电陶瓷。
[0008]实施例3
将216g Pb304、80g Ti02、5.4g La2O3及0.43g MnO2在过量的乙醇溶液中混合后在850°C的温度下保温2小时进行预烧处理，经细磨后干压成型，在1230°C的温度下保温2小时进行烧结，在190°C的温度下施加4500V/mm的电场保温保压10分钟进行极化处理，得到PbTiO3压电陶瓷。
[0009]实施例4
将225g Pb304、80g TiO2U.08g La2O3及0.43g MnO2在过量的乙醇溶液中混合后在850°C的温度下保温2小时进行预烧处理，经细磨后干压成型，在1250°C的温度下保温2小时进行烧结，在185°C的温度下施加4500V/mm的电场保温保压10分钟进行极化处理，得到PbTiO3压电陶瓷。
【权利要求】
1.一种钛酸铅压电陶瓷，其特征在于，以PbTiO3为基础配方，Pb3O4和TiO2为主要原料，加入La2O3及MnO2对其进行改性，制得压电应变常数(d33)达54X 10-12 -50Χ10-η (C/N)、居里温度为440-480°C的钛酸铅陶瓷。
2.根据权利要求1所述的钛酸铅压电陶瓷，其特征在于，按摩尔比计，Pb304、Ti02、La203及 MnO2 的摩尔比为 0.31-0.328:0.98-0.995:0.005-0.025:0.005 -0.02。
3.一种钛酸铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)将Pb304、TiO2,La2O3及MnO2按照配方的配比在乙醇溶液中充分混合后压成块状，在850°C温度下保温2h ； 2)将上述混合物经细磨过l-2mm筛后，在1200-1250°C温度下保温2h进行烧结，并冷却到常温； 将步骤2)中的混合物经机械加工、包覆电极后，在185-190°C的温度下施加4500V/mm的电场保压IOmin进行 极化处理。
【文档编号】C04B35/472GK103588478SQ201310570895
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】彭新红, 王新平 申请人:中船重工海声科技有限公司