专利名称：：低温烧结锑酸锂掺杂的五元系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：
：压电材料是一种倉辦将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。由于它具有高的压电性能、容易加工成复杂性状、价格低廉、易于批量生产靴点，已被广泛应用于电子器件中。但是，现有的压电陶瓷材料尚不能满足实际应用对材料性能的综合要求。为改进压电陶瓷材料的性能，常采用两种途径一魏过在基^t才料中加入第三元或第四元以形成新材料来达到改性的目的；二是根据不同掺杂离子对材料结构和性能的影响不同，对现有材料进行掺杂改性。另外，铅基压电陶瓷在高结时，由于铅挥发，使得组成偏离、性能下降以M环境造成污染等技术问题，尤其是为了能采用低成本的银取代贵金属钯作为多层压电陶瓷器件的内电极，有必要对压电陶瓷进行低温烧结研究。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。但是，高^^结下铅挥发可导致化学计量比偏离、性能下降、污染环境。目前常用密封烧结法、气氛片法、埋粉法、铅过量法，不能从根本上解决铅挥发，抑制铅挥发积极而有效的方法是实现压电陶瓷的低温晓结。开发低温晓结压电陶瓷材料是发展高性能、高可靠性、低成本多层压电陶瓷器件的重要5开究方向。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、高平面机电耦合系数和低的烧结温度、低的机械品质因数、低的机电损耗的体系尚不多见。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，但烧结温度比较高(1150°C1200°C)。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LiSb03含量对PMWSN-PNN-PZT陶瓷的烧结鹏和电性能的影响，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、高々垴常^n低的机械品质因数、低的介电损耗并兼顾低的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、高机电耦合系数、低温晓结且温度范围宽、性能好、实用性强、易生产的fffl烧结锑M掺杂的5^系压电陶瓷材料。本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种低温烧结锑酸锂掺杂的五元系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(Zr0.38Ti0.21)03+xLiSb03，式中O.00wt.%<x《0.40wt.%，0.000《y《0.030mol。上述低温烧结锑酸锂掺杂的五元系压电陶瓷材料的制备方法包括步骤如下1、制备锑酸锂先将Li2C03、Sb20s按摩尔比为l:l进行混合，駄尼龙罐中，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1:1.52.5，用球磨机球磨12小时，魏为400转/分，分离氧化锆球，将混合料方i(A千燥箱内8(TC干燥IO小时烘干，再方j(A研钵中研磨30併巾，过80目筛，过筛后的料置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实，松装密度为1.21.5g/cm3,加盖，在电阻炉内57073(TC予鹏保温24小时合成LiSb03，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千备用。2、配料合成然后将合成的LiSb03、Pb304、Zr02、Ti02、Mg(OH)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612小时，繊为400转/分，分离氧化锆球，将混合料方认干燥箱内S0。C干燥510小时，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钳埚内，用玛瑙棒压实，使其松驗度达到1.5g/cm3，加盖，在电阻炉内800850'C鹏保温24小B寸，自然7賴瞎度温，出炉。将预烧粉体捣碎研磨l小时，^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，无水乙醇与原料的重量比为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，将混合料駄千燥箱内8(TC千燥510小时，过80目筛。4、造粒将预烧过的烧±央用5脚研细过160目筛，加入质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液和丙三醇溶液，原料与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、压片将球状粉粒放入直径为15咖的不锈钢模具内，在100Mpa压力下压成1.5咖的圆柱状坯件。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、烧结糊,特Mtt化靴埚内，^h氧化娜埚織行密封，升^iM25。C/儒，在88095(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8CTC烘干，在其上下表面涂覆厚度为0.010.03mm的银浆，置于电阻炉中85(TC保温30分钟，自然冷却至室温。9、极化将烧好银的i式样置于甲基硅油中加热至120180°C，施加3kV/咖5kV/imi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。在本发明的制备锑酸锂工艺步骤1中，经研磨过筛后的Li2C03、Sb2(V混合料，在电阻炉内570700'C预烧23小时合成LiSb03。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，在电阻炉内优选80083(TC保温23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,度25。C/，，tt^88093(TC烧结34.5小时。在本发明的制备锑酸锂工艺步骤l中，经研磨过筛后的Li2C03、SWV混合料，在电阻炉内最佳61(TC预瞎3小时合成LiSb03。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80(TC予鹏保温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25XV分钟，最佳90(TC烧结4小时。本发明经实验室研究结果表明，所制备的五元系压电陶瓷材料，压电常数高、平面机电耦合系数高、低温烧结性能好，与文献报道的同类压电陶瓷材料相比，机械品质因数a和介电损耗tanS明显降低，压电常数c^和平面机电耦合系数Kp明显提高，并且烧给鹏明显从120(TC降到90(TC，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、动态燃料翻t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麟等器件的低温烧结压电陶瓷材料。有利于多层器件在生产过程中采用导电性能良好、价格较低的低钯含量的Ag-Pd浆或纯Ag内浆作为内电极，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，位移输出力大、不发热、灵敏高、稳定好、精度高、结构紧凑、可控性好等优点。图l是不同LiSb03掺杂900。C烧结陶瓷的X射线图谱。图2是0.06wt.%LiSb03掺杂不同温度烧结陶瓷的X射线图谱。图3是不同LiSb03掺杂900。C烧结陶瓷的扫描电镜照片。图4是0.06wt.%LiSb03掺杂不同温度烧结陶瓷的扫描电镜照片。图5是不同Pb(Sb1/2Nb1/2)03含量900。C烧结陶瓷的X射线图谱。图6是0.10wt.%Pb(Sbv2Nbv2)03含量不同温度烧结陶瓷的X射线图谱。图7是不同Pb(Sb1/2Nb1/2)03含量900。C烧结陶瓷的扫描电镜照片。图8是0.10wt.%Pb(Sb^Nbv2)03含量不同温度烧结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0.2、y为0.01时，用通式0.02Pb(Mg1/2WI/2)03-0.01Pb(Sb1/2Nb1/2)]03-0.38Pb(Ni1/3Nb2/3)03-Pb。.59(Zr。.3Ji。.21)03+0.2wt%LiSb03表示的原料及其重量配比为Pb30467.06gZr0213.75gTi024.92gMg(0H)2'MgC03*6H200.3gW030.68gSb2050.22gNb20510.09gMO2.78gLiSb030.20g其制备方法如下1、制备锑酸锂先将Li2C03、Sb05按摩尔比为l:l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,无水乙醇与原料的重量比为l:2，用球磨机球磨12小时，織为400转/分，分离氧化锆球，将混合料方JCA千燥箱内8(TC千燥10小时烘干，再方j(A石脚中研磨30^H中，过80目筛，过筛后的料置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实，松装密度为1.21.5g/cm3，加盖，在电阻炉内61(TC予鹏保温3小时合成LiSb03，自然冷却到室温，出炉；将予鹏粉体捣碎研磨1小时，^A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的LiSb03、Pb304、Zr02、Ti02、Mg(OH)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，将混合料方从千燥箱内80°C、510小时烘干，再放入研钵中研磨30分钟，过80目筛。3、预烧将研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予鹏保温3小时，自然冷却到室温，出炉。将予鹏粉体捣碎研磨1小时，^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，无水乙醇与原料的重量比为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，将混合料方j(Af燥箱内8CTC千燥510小时，过80目筛。4、造粒将予鹏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lg，原料与5%的聚乙烯醇溶液、丙三醇的重量比为l: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方J^A直径为15咖的不锈钢模具内，在100Mpa压力下压成1.5咖的圆柱状坯件。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、烧结糊敝坯件方狄氧化铝鹏内，^i:氧化娜埚誠行密封，升^IS化/冊，在90(TC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^H中，烘箱内80'C烘干，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。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15(TC，施加4kV/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O.Ol，用通式0.02Pb(Mg1/2W1/2)03—0.01Pb(Sb1/2Nb1/2)]03~0.38Pb(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(0H)2'MgC03'6H200.3g亂0'68gSb2050.22g歸510.10gNiO2.78gLiSb03Og其制备方法如下在制备锑M工艺步骤1中，将Li2C03、SbA按摩尔比为l:l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1:1.5，用球磨机球磨，烘干，再研磨，过筛，在电阻炉内57(TC预烧保温4小时合成LiSbOs，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l相同。在预烧工艺步骤3中，纟tff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予鹏保温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，将予鹏过的烧i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,液0.97g，原料与5%的聚乙烯醇溶液、丙三醇的重量比为1:0.068:0.0097，充分搅拌，自然干燥，过120目的筛，审l城球状粉粒。在烧结工艺步骤7中，将排胶坯件放入氧化铝坩埚内，盖上氧化铝埘埚盖进行密封，升温速度2'C/^H中，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12(TC，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(SbV2Nb1/2)]03—0.36Pb(Ni1/3Nb2/3)03—Pb0.59(Zra38Ti0.21)03+0.40wt%LiSbO表示的原料及其重量配比为Pb30466.84gZr0213.69gTi024.91gMg卿2'MgC036H200.3gW030.68gSb2050.64g歸59.91gNiO2.63gLiSb030.4g其制备方法如下在制备锑酸锂工艺步骤l中，将Li2C03、SbA按摩尔比为l:l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，无水乙醇与原料的重量比为1:2.5，用球磨机球磨，烘干，再研磨，过筛，在电阻炉内730'C预烧2小时合成LiSb03，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。在予页晓工艺步骤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85(TC予鹏保温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，将予鹏过的烧i細研钵研细过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1:0.072:0.013，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5°C/分钟，在95(TC烧结3小时，随炉自然冷却到室温。在极{红艺步骤8中，将烧好银的试样置于甲基硅油中加热至18(TC，施加3kV/mm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l相同。实施例4以生产本发明产品所用原料100g为例，x为0.06、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(Zr0.3ji0.21)03+0.06wt%LiSb03表示的原料及其重量配比为Pb30467.20gZr0213.76gTi024.93gMg(0H)2*MgC03'6H200.30gW030.68gSb2050.13gNb20510.13g脂2.81gLiSb030.06g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，发明人进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，由安捷伦科技有限公司生产；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射线衍射仪，型号为D/max-2200，由日本理学公司生产；扫描电镜型号为Quanta200，由荷兰菲利浦FEI公司生产。1、LiSb03含量对陶瓷电性能的影响先将Li2C03、SbA按摩尔比为l:l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12小时，繊为400转/分，分离氧化锆球，将混合料方i(A干燥箱内8(TC千燥10小时烘干，再方i(A石脚中研磨30射中，过80目筛，过筛后的料置于氧化铝坩埚内，用玛瑙棒压实，松装密度为1.21.5g/cm3，加盖，在电阻炉内61(TC预烧保温3小时合成LiSb03，自然冷却到室温，出炉；将预烧粉体捣碎研磨1小时，^A尼龙罐中，同上工艺进行球磨烘干备用。再将原料置于干燥箱内120'C干燥5小时，按通式0.02Pb(Mgl/2W1/2)03-0.01Pb(Sb1/2Nb1/2)03-0.38Pb(Ni1/3Nb2/3)03-Pb。.59(Zr。.3Ji。.21)03+xLiSb03进行配料，式中y为0.010，x分别为0.00wt.%、0.03wt.%、0.06wt.%、0.10wt.%、0.15wt.%、0.20wt.%、0.30wt.%、0.40wt.%，湿法球磨12小时，出料，湿料烘干后在800'C下予鹏3小时。？鹏后的粉條相同割牛下进行二次球磨10小时，出料，80°C、8小时烘干，用石脚磨1小时过160目筛，添加重量浓度为5%的聚乙烯醇造粒，添力口量为预烧粉料重量的7%，将造粒后的料用模具压成直径为15士0.05咖、厚度为1.5士0.02mm的圆片，在100Mpa压力下斜由压制成型，500。C保温l小时进行排胶，升温速度1.5。C/分钟，S8095(TC于铅保护气氛中烧结4小时，随炉自然冷却到室温。将烧结的陶瓷圆片打磨抛光至直径为13.5mm、厚度为1.2咖，用超声波清洗、80。C烘干，在两面涂覆银浆，于850。C烧渗银电极30分钟。然后将烧过电极的试样置于150'C的硅油中以4kV/mm的直流高压极化25分钟，得到压电陶瓷成品。于室温下静置24小时后测试压电性能。测i，过电极的试样的电容C和介电损耗tanS。用下式计算介电常数fr=4Ct/0f。d2)(1)式中，t为陶瓷片的厚度，"为真空介电常数(8.85乂10—BF/m)，d为陶瓷片的直径。用准静态测试仪测量压电陶瓷成品的压电常数&。采用阿基米德法测定陶瓷样品的密度P(g/cm3)。具体方法为:将样品清洗干净，放入恒温^P燥箱内，烘干后取出用勒-托利多电子天平称出样品在空气中质量A(单位为g)，方狄水中煮沸40分钟，再浸泡510分钟，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:x(A>-/\)+/\(2)A-B式中A为待测固,空气中质量，B为待测固，辅助液体水中质量，p。为辅助液体密度，An为空气密度(0.0012g/cm3)用精密阻抗分析仪测试，得到谐振频率和反谐振频率，按(3)式计算平面机电耦合系数Kp:_|2.51x(/。-/J,n、尺p——、,,(3)式中《为谐振频率，《为反谐振频率，按(4)式计算机械品质因素Q"a-fa,rCTfr(fa2《)丁1(4)式中《为谐振频率，《为反谐振频率，r为谐振电阻，CT为lkHz下i辦的静态电14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LiSb03含量对陶瓷电性能的影响<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>由表1可见，在88095(TC烧结范围内，x为0.00^0.40wtJ时，压电陶瓷的各项性能指标都樹!子，其中当x为o.06wt.%时、烧结温度为9ocrc时，压电陶瓷的各项性能最佳。y为0.010mol，LiSb03，为0.00M).40wt.%、900。C烧结4小时所制备的压电陶瓷的X射线图谱见图1。由图1可见，当x〈0.40wt.%时，所有组份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，由20为43°47°处的单峰(200)B可以说明，该材料体系为菱方相结构。y为0.010mol，LiSb03^fi为0.06wt.%、不同烧结温度所制备的压电陶瓷的X射线图谱见图2。'由图2可见，所有组份都为纯韩钛矿相结构，88(TC出现第二相，随着温度的增加，第二相消失。并且，由2e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0.010mol，LiSbQi^4为0.00M).40wt.%、900。C烧结4小时所制备的压电陶瓷断面的电子扫描电镜照片见图3。在图3中，a是LiSb03含量为0.00wt.%烧结90(TC的陶瓷断面的电子扫描电镜照片，b是LiSba含量为0.03wt.%烧结900°C的陶瓷断面的电子扫描电镜照片，c是LiSb03含量为0.06wt.%烧结90(TC的陶纖面的电子扫描电镜照片，d是LiSb03含量为0.10wt.%烧结90(TC的陶瓷断面的电子扫描电镜照片，e是LiSb03含量为0.20wt.%烧结900'C的陶瓷断面的电子扫描电镜照片，f是LiSb03含量为0.40wt.%烧结90(TC的陶瓷断面的电子扫描电镜照片。从图3可以看出，当压电陶瓷中LiSb03的含量为0.03wt.%~0.06机.％时，压电陶瓷的晶界清晰，颗粒饱满，晶粒长大并且生长均匀。y为0.010mo1，LiSb03含量为0.06wt.%、不同烧结温度所制备的压电陶瓷断面的电子扫描电镜照片见图4。在图4中，a是0.06wt.%LiSb03掺杂烧结88(TC的陶瓷断面的电子扫描电镜照片，b是0.06wt.%LiSb03掺杂烧结900。C的陶瓷断面的电子扫描电镜照片，c是0.06wt.%LiSb03掺杂烧结93(TC的陶瓷,的电子扫描电镜照片，d是0.06wt.%LiSbOs掺杂烧结95(TC的陶瓷断面的电子扫描电镜照片。从图4可以看出，当烧结温度为90(TC时，压电陶瓷的晶界清晰，颗粒饱满，晶粒生长均匀。2.Pb(Sb!/2NW2)03含量对陶瓷电性能的影响在实验1中，x为0.06wt.%，Pb(Sb1/2Nb1/2)03^4在0.000^0.030mol内取值，按0.02Pb(Mgl/2W1/2)03_yPb(Sb1/2Nb1/2)]03-(0.39-y)Pb(Ni1/3Nb2/3)03—Pb0.59(Zr固Tio.2》03+0.06wt.%LiSb03进行配料，实验过程与实验1相同。测试烧过电极的试样的电容C和介电损耗tanS。用准静态测试仪测量压电陶瓷成品的压电常数A，按公式(1)计算介电常数G，按公式(2)计算密度，按公式(3)计算平面机电耦合系数Kp，按公式(4)计算机械品质因素G。测试和计算结果见表2。表2不同烧结温度下不同Pb(sb1/2Nb1/2)a含量的陶瓷的电性倉l<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>由表2可见，'烧结温度为880950。C，压电陶瓷的各项性能指标都较好，其中在Pb(Sb1/2Nb1/2)03^l^0.010mol、烧结温度为900。C压电陶瓷的各项性能最佳。x为0.06wt.%,Pb(Sb1/2Nb1/2)03龍为0.000^0.030mol，900。C烧结4小时的陶瓷的X射线图谱见图5。从图5中可以看出，所有组份都为纯韩钛矿相结构，当含量从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。并且，由29为43°47°处的单峰(002h可以说明，该体系为菱方相。x为0.06wtiPb(Sbi/她J03^1为0.010mo1,不同M^烧结陶瓷的X射线图谱见图6。从图6中可以看出，所有组份都为纯铞钛矿相结构，当温度为880950'C,没有恶化性能的焦绿石相和第二相杂相的出现。并且，由2e为43°47°处的单峰(002)B可以说明，该体系为菱方相。x为0.06wt.%，Pb(Sbh,2Nbv2)03賴为0.000~0.030mol，不同Pb(Sb1/2Nb1/2)a含量900'C烧结4小时所制备的压电陶瓷断面的电子扫描电镜照片见图7。在图7中，a是含量为O.OOOmol的Pb(Sbv2Nbv2)a,900'C烧结4小时的压电陶瓷断面的电子扫描电镜照片，b是含量为0.006mol的Pb(Sb!/2Nl^2)03，900。C烧结4小时的压电陶瓷断面的电子扫描电镜照片，c是含量为0.010mol的Pb(StW^2)03，900'C烧结4小时的压电陶瓷断面的电子扫描电镜照片，d是含量为0.015mol的Pb(Sb1/2NW)03，900'C烧结4小时的压电陶瓷断面的电子扫描电镜照片，e是含量为0.030mol的Pb(Sb1/2Nb1/2)03，900'C烧结4小时的压电陶瓷断面的电子扫描电镜照片。从图7可见，当Pb(Stv2Nbv2)03含量为0.0060.010mol时，晶粒比较均匀，晶界清晰，致密性好。x为0.06wt.%,Pb(Sb1/2Nb1/2)03^0.010mol,不同驢烧结陶瓷断面的电子扫描电镜照片见图8。在图8中，a是含量为0.010mol的Pb(Stv2NtU03，880'C烧结4小时的压电陶瓷断面的电子扫描电镜照片，b是含量为0.010mol的Pb(Sb1/2Nb1/2)03，90(TC烧结4小时的压电陶瓷断面的电子扫描电镜照片，c是含量为0.010mol的Pb(Sb1/2Nb1/2)03，930。C烧结4小时的压电陶瓷断面的电子扫描电镜照片，d是含量为0.010mol的Pb(Sb1/2Nb1/2)03,950'C烧结4小时的压电陶瓷断面的电子扫描电镜照片。从图8可以看见，当烧结温度为90(TC时，陶瓷的晶粒较大，并且比较均匀，晶界清晰，致密性好。权利要求1、一种低温烧结锑酸锂掺杂的五元系压电陶瓷材料，其特征在于用下通式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+xLiSbO3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低繊结锑酸锂掺杂的五元系压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于该方法包括下述步骤(1)制备锑酸锂先将Li2C03、SbA按摩尔比为l:l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:1.52.5，用球磨机球磨12小时，魏为400转/分，分离氧化锆球，将混合料方从千燥箱内8(TC千燥IO小时烘干，再方^A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，松装密度为1.21.5g/cm3,加盖，在电阻炉内57073(TC予鹏保温24小时合成LiSb03，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的LiSb03、Pb304、Zr02、Ti02、Mg(OH)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8(TC千燥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，使其松装密度达到1.5g/cm3,加盖，在电阻炉内80085(TC预烧保温24小时，自然冷却到室温，出炉。将预烧粉体捣^开磨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，无水乙醇与原料的重量比为l:2，用球磨机球磨612小时，进行二次球磨，織为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)造粒将鹏过的烧i細f^研细过160目筛，加入质量浓度为5%的聚乙烯,液和丙三,液，原料与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)压片将球状粉粒放入直径为15咖的不锈钢模具内，在100Mpa压力下压成1.5咖的圆柱状坯件；(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)烧结糊,賴歸化l^内，^t氧化ISTO識行密對,升^M25。C/分钟，在880950'C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辦中，烘箱内80。C烘干，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射中，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/咖的直流高压，持续1530分钟，制备成压电陶瓷。3、按照权利要求2所述的低鹏结锑,掺杂的五元系压电陶瓷材料的帝i恪方法，其特征在于:在本发明的制备锑,工艺步骤(l)中，经研磨过筛后的Li2C03、SW)5混合料，在电阻炉内57070(TC预烧23小时合成LiSb03;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予赚保温23小时；在烧结工艺步骤(7)中，将排胶坯件放入氧化铝钳埚内，盖上氧化铝柑埚盖进行密封，升鹏度25。C腦，880930。C烧结34.5小时。4、按照权利要求2所述的低，结锑M掺杂的五元系压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于:在本发明的制备锑,工艺步骤(l)中，经研磨过筛后的Li2C03、Sb20s混合料，在电阻炉内61(TC预烧3小时合成LiSb03;在予鹏工艺步骤(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/cnf，加盖，在电阻炉内80(TC予t^呆温3小时；在烧结工艺步骤(7)中，糊敝坯件方从氧化铝坩埚内，盖上氧化铝柑埚盖进行密封，升M3I度25TV分钟，90(TC烧结4小时。全文摘要一种低温烧结锑酸锂掺杂的五元系压电陶瓷材料，用下述通式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>+xLiSbO<sub>3</sub>表示的材料组成，式中0.00wt.％＜x≤0.40wt.％，0.000≤y≤0.030mol。其制备方法包括制备锑酸锂、配料合成、预烧、造粒、压片、排胶、烧结、烧银、极化工艺步骤。本发明经实验室研究结果表明，所制备的五元系压电陶瓷材料，压电常数高、平面机电耦合系数高、低温烧结性能好，与文献报道的同类压电陶瓷材料相比，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900℃，制备工艺简单，重复性好，成品率高，成本低。文档编号H01L41/187GK101337814SQ20081015074公开日2009年1月7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