CN101265089A

CN101265089A - 一种掺杂增韧锆钛酸铅压电点火陶瓷材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101265089A
Application number: CNA2008100473160A
Authority: CN
Inventors: 周桃生; 余海雁; 尚勋忠; 柴荔英
Original assignee: Hubei University
Current assignee: Hubei University
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2008-09-17

Abstract

本发明通过对Pb_0.95Sr_0.05(Zr_0.54Ti_0.46)O₃掺杂Sb₂O₃进行改性，再添加氧化钇部分稳定ZrO₂(简称Y－PSZ)亚微米粉体于改性陶瓷基体中，配方为Pb_0.95Sr_0.05(Zr_0.54Ti_0.46)O₃+xwt％Sb₂O₃+ywt％Y－PSZ，其中，0.1≤x≤1.0，0.1≤y≤0.6，烧结温度为1230±10℃，获得了具有高d₃₃·g₃₃值的压电点火材料，特别是其强度和断裂韧性等力学性能得到了改善。制备工艺稳定，可采用传统工业用原材料和压电陶瓷制备技术制备，适用于规模生产。

Description

一种掺杂增韧锆钛酸铅压电点火陶瓷材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及锆钛酸铅压电点火材料的改进，特别是一种掺杂增韧锆钛酸铅压电点火陶瓷材料及其制备方法，属于压电陶瓷点火材料及其制备方法。

背景技术

压电点火陶瓷材料在打火机、点火器、自动煤气灶等民用消费类产品上的应用极为普遍。在工业生产以及军事等方面，如各类炸药炸弹和火箭的引燃引爆等，它也得到了广泛的应用。

最早进行压电点火材料研究开发的国家是日本，产量占世界的2/3。住友电气工业株式会社的长田光生对PZT在准同型相界附近用少量Sr²⁺进行A位置换，加入微量In₂O₃“硬性”改性物，大大的提高了压电点火材料的性能。另外在此基础上，为了满足实际应用的需要，又掺入其他改性剂(日本专利，特公昭43-10713，特公昭44-18029)。该材料自研究成功后，日本本国和美、欧等发达国家在70年代已开始大量生产使用压电点火器，应用于袖珍打火机、燃气灶具等的民用商品的开发。随后日本松下电器产业株式会社的西田正光和大内宏开发了PbZrO₃-Pb(Li_0.25Nb_0.75)O₃三元系压电点火材料。D.Audigier等人在对PZT进行铅位低价离子置换的基础上，研究了挤压式点火用压电陶瓷的典型特性(The NinthIEEE international Symposium，USA，1994.Applications of Ferroelectrics，1994：383～386)，同时P.Gonnard在其电子应用上也进行了相应的研究(The EighthIEEE international Symposium，USA，1992.Applications of Ferroelectrics，1992：581～584)，。随着人们生产、生活质量和需求的提高及工业的飞速发展，这些现有的压电点火材料的机械强度、点燃率、放电能量和使用寿命方面需要进一步提高。

国内对压电点火材料的研究较日本晚，80年代初开始研制生产压电点火器。中山大学物理学系以朱秀娟等人基于对铅基三元系压电陶瓷综合性能较好且易于调节的特点，研究了固溶Pb(Sb_1-xNb_x)O₃-PbZrO-PbTiO₃压电陶瓷系列的成分对压电和介电性的影响，并对其进行了掺杂改性试验(电子元件与材料，1989，8(5)：30～33)。在90年代后半期，湖北大学周桃生教授从压电点火材料参数的关联性与综合性选择着手，对PZT压电陶瓷中掺杂Sb₂O₃，得到高d₃₃·g₃₃值压电材料(湖北大学学报，1996，18(3)：275～277)，但需要进一步增韧。目前，虽然许多厂家已能批量生产，但质量与国外优秀产品相比仍存在一定差距，尤其在使用寿命及点燃率两方面较为突出，具有市场竞争力的高档的压电点火元件基本上依赖进口。

发明内容

本发明的目的是提出一种用氧化钇部分稳定氧化锆增韧三元系锶锑锆钛酸铅压电陶瓷PZT压电点火料及其制备方法，得到高压电性能，同时在其机械强度、点燃率、放电能量和使用寿命方面也适应社会发展要求的压电点火陶瓷材料。

本发明用氧化钇部分稳定氧化锆Y-PSZ(Yttria Partially-stabilized-zirconia)掺杂增韧三元系锶锑锆钛酸铅PZT压电陶瓷点火材料，其化学式为

Pb_0.95Sr_0.05(Zr_0.54Ti_0.46)O₃+xwt％Sb₂O₃+ywt％Y-PSZ

其中x值为0.1～1，最佳值是0.2，y值为0.1～0.6，最佳值为0.4

本发明的制备方法如下：

1.按通式Pb_0.95Sr_0.05(Zr_0.54Ti_0.46)O₃+xwt％Sb₂O₃的化学计量比称量原料放于球磨罐内，其中x＝0.1～1；

2.加入原料总量50～70％的蒸馏水后，先将球磨罐放在行星球磨机上以100转/min的转速先磨20min，再以200转/min的转速磨2小时，使配料充分混合并磨细；

3.将配料放进烘箱，100℃烘干，将烘干后的配料放于坩埚内845℃左右预烧；

4.在预烧合成后，由合成的重量按比例再加入ywt％Y-PSZ，其中y＝0.1～0.6；

5.将上述混合粉料加入球磨罐中，加入原料总量50～70％的蒸馏水后进行第二次湿式球磨，以200转/min的转速磨4小时磨细；

6.把磨细后的物料置于选定的模具中，压制成所需要的陶瓷坯片；

7.将坯片按200℃/小时升温到1230±10℃保温45分钟，降温过程是随炉自然降温至室温；

8.将烧结后的陶瓷片上银电极，在150℃±5的硅油中，按样品每毫米厚度加2～4千伏电压的的直流电场极化10～15min。

本发明的材料性能同国内外一些压电点火材料相比，优点是比较明显的，从下表中可以看出

从表中可以看出本发明研制的压电点火材料具有高的d₃₃·g₃₃值，而且材料力学实验的结果表明，该增韧陶瓷材料的强度、断裂韧性和硬度依次增加了12％、11％和14％，这意味着该Y-PSZ/PZT复合韧化陶瓷既具有高的压电点火性能，其强度和断裂韧性等力学性能又在一定程度上得到了改善。因此，在制备点燃率高，寿命较长，实用性强的压电点火元器件等方面，将具有很大的应用及开发前景。

具体实施方式

从市面采购工业纯的Pb₃O₄、ZrO₂、TiO₂、SrCO₃、Sb₂O₃、；氧化钇部分稳定ZrO₂(简称Y-PSZ)亚微米粉

实施例1

1.按通式Pb_0.95Sr_0.05(Zr_0.54Ti_0.46)O₃+xwt％Sb₂O₃的化学计量比称量原料放于球磨罐内，其中x＝0.1；

4.在预烧合成后，由合成的重量按比例再加入ywt％Y-PSZ，其中y＝0.6；

8.将烧结后的陶瓷片上银电极，在150℃±的硅油中，按样品每毫米厚度加2～4千伏电压的直流电场极化10～15min。

实施例2

按通式Pb_0.95Sr_0.05(Zr_0.54Ti_0.46)O₃+xwt％Sb₂O₃的化学计量比称量原料放于球磨罐内，其中x＝1，在第4步中加入ywt％Y-PSZ，其中y＝0.1，其余步骤与实施例1相同。

实施例3

按通式Pb_0.95Sr_0.05(Zr_0.54Ti_0.46)O₃+xwt％Sb₂O₃的化学计量比称量原料放于球磨罐内，其中x＝0.2；在第4步中加入ywt％Y-PSZ，其中y＝0.4，其余步骤与实施例1相同。

Claims

1.一种掺杂增韧锆钛酸铅压电点火陶瓷材料，其特征在于配方及化学式为：

Pb_0.95Sr_0.05(Zr_0.54Ti_0.46)O₃+xwt％Sb₂O₃+ywt％Y-PSZ

其中x值为0.1～1，最佳值是0.2，y值为0.1～0.6，最佳值为0.4。

2、一种掺杂增韧锆钛酸铅压电点火陶瓷材料的制备方法，其特征在于制备方法如下：

1).按通式Pb_0.95Sr_0.05(Zr_0.54Ti_0.46)O₃+xwt％Sb₂O₃的化学计量比称量原料放于球磨罐内，其中x＝0.1～1；

2).加入原料总量50～70％的蒸馏水后，先将球磨罐放在行星球磨机上以100转/min的转速先磨20min，再以200转/min的转速磨2小时，使配料充分混合并磨细；

3).将配料放进烘箱，100℃烘干，将烘干后的配料放于坩埚内845℃左右预烧；

4).在预烧合成后，由合成的量按比例再加入ywt％Y-PSZ，其中y＝0.1～0.6；

5).将上述混合粉料加入球磨罐中，加入原料总量50～70％的蒸馏水后进行第二次湿式球磨，以200转/min的转速磨4小时磨细；

6).把磨细后的物料置于选定的模具中，压制成所需要的陶瓷坯片；

7).将坯片按200℃/小时升温到1230±10℃保温45分钟，降温过程是随炉自然降温至室温；

8).将烧结后的陶瓷片上银电极，在150℃±的硅油中，按样品每毫米厚度加2～4千伏电压的直流电场极化10～15min。