CN101475373A - 高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101475373A
CN101475373A CNA2009100459098A CN200910045909A CN101475373A CN 101475373 A CN101475373 A CN 101475373A CN A2009100459098 A CNA2009100459098 A CN A2009100459098A CN 200910045909 A CN200910045909 A CN 200910045909A CN 101475373 A CN101475373 A CN 101475373A
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric
piezoelectric ceramic
strain constant
equal
constant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2009100459098A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101475373B (zh
Inventor
李玉臣
姚烈
董显林
梁瑞虹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Ceramics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority to CN2009100459098A priority Critical patent/CN101475373B/zh
Publication of CN101475373A publication Critical patent/CN101475373A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101475373B publication Critical patent/CN101475373B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

一种高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料及其制备方法,属陶瓷组成与制备领域。该压电陶瓷材料的化学通式为:xPbZrO3+yPbTiO3+zPb(Mg1/3Nb2/3)O3+mSrTiO3+nBaTiO3+pLaTiO3+awt.%SiO2+bwt.%La2O3+cwt.%Nb2O5+dwt.%Sb2O3。其中,x=0.2~0.5;y=0.2~0.5;z=0.1~0.4;m=0.0~0.10;n=0.0~0.10;p=0.0~0.10;a=0~0.5;b=0~0.5;c=0~0.5;d=0~0.5。本发明在传统压电陶瓷工艺基础上进行改进制备,材料标准片的主要性能为:d33=974pC/N,d31=-388pC/N,ε33 To=7000,g31=-6.26,k31=0.42;本发明材料具有较高的压电应变常数d31和相对低的压电电压常数g31,是一种性能优良的压电陶瓷双晶片驱动型材料。用本材料制成的压电陶瓷双晶片致动元件,已提供中国盲文出版社,用于制作盲文电子显示器,双晶片端点位移量大,力度强,稳定性好,盲人手感明显,已完全取代同类进口产品。

Description

高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料及其制备方法,属陶瓷组成与制备领域。
背景技术
随着现代科学技术的发展,压电陶瓷的应用越来越深入,越来越广泛,压电双晶片致动元件可应用于提花选针执行器,盲文电子显示器(触摸屏)等,把两片极性相同的压电陶瓷薄片胶合在一起,电路上采用并联,如图1(a)所示,或把两片极性相反的压电陶瓷薄片胶合在一起,电路上串联,如图1(b)所示,在电场激励下,当某一时刻其中一片伸张时,另一片则收缩,使压电陶瓷片产生弯曲振动,这就是弯曲振动压电陶瓷换能器的工作原理。为改善换能器的机械性能和机电耦合,以及结构安装上的方便,常在两陶瓷片之间胶合碳纤维或金属薄片,为便于支撑和进行电路连接,金属片经常延伸到压电陶瓷片以外。
采用电路并联的方式设计压电陶瓷双晶片致动元件的结构时,端点位移X=4d31VL2/t2,端点推力F=2Vwt/3Lg31;采用电路串联的方式设计压电陶瓷双晶片致动元件的结构时,端点位移X=2d31VL2/t2,端点推力F=4Vwt/3Lg31,其中,V代表电压,L代表端点到支撑点的长度,w代表压电陶瓷双晶片致动元件的宽度,t代表压电陶瓷双晶片致动元件的厚度(包括两片陶瓷晶片和中间金属的厚度)。对同样规格的压电陶瓷双晶片,在加相同电压时,具有高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料的端点位移量和产生的端点推力都比较大。而目前国内外,压电陶瓷材料的d31相对比较低,而g31又相对高,如表1所示,因此制约了压电陶瓷双晶片致动元件的性能。本发明材料的压电应变常数d31高、压电电压常数g31相对低,对同样规格的压电陶瓷双晶片,在加相同电压时,端点位移量和产生的端点推力都比较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料,采用多种钙钛矿结构化合物的固熔体结构配方:xPbZrO3+yPbTiO3+zPb(Mg1/3Nb2/3)O3+mSrTiO3+nBaTiO3+pLaTiO3+awt.%SiO2+bwt.%La2O3+cwt.%Nb2O5+dwt.%Sb2O3,其中,x=0.2~0.5;y=0.2~0.5;z=0.1~0.4;m=0.0~0.10;n=0.0~0.10;p=0.0~0.10;a=0~0.5;b=0~0.5;c=0~0.5;d=0~0.5。通过传统工艺的改进,获得了一种具有特殊性能的压电陶瓷材料。
具体制备方法是:(1)配料:a、采用的配方是:xPbZrO3+yPbTiO3+zPb(Mg1/3Nb2/3)O3+mSrTiO3+nBaTiO3+pLaTiO3+awt.%SiO2+bwt.%La2O3+cwt.%Nb2O5+dwt.%Sb2O3,其中,x=0.2~0.5;y=0.2~0.5;z=0.1~0.4;m=0.0~0.10;n=0.0~0.10;p=0.0~0.10;a=0~0.5;b=0~0.5;c=0~0.5;d=0~0.5。b、采用的原料是:Pb3O4(工业纯)、ZrO2(工业纯)、TiO2(工业纯)、SrCO3(工业纯)、BaCO3(工业纯)、MgCO3(工业纯)或碱式MgCO3、Nb2O5(工业纯)、La2O3(化学纯)、Sb2O3(工业纯)、SiO2(化学纯)。c、称量:根据上述配方和各原料的纯度算出的各原料的质量,采用精确电子天平进行逐一称量。
(2)混料:采用去离子水和玛瑙球作为介质,按照原料:玛瑙球:去离子水=1:0.8~1.5:0.5~1.2的比例混合,经滚桶球磨混料6~10h。
(3)压块合成:将混好的原料倒入容器放进烘箱烘干后进行压块,压块压力在40MPa-100MPa,合成分两段,第一段合成:600℃-700℃/1-4h,第二段压块合成:700℃-900℃/1-4h。
(4)粉碎细磨:将合成好的粉料粉碎后进行细磨,细磨采用去离子水和玛瑙球作为介质,按照原料:玛瑙球:去离子水=1:0.8~1.5:0.5~1.2的比例混合,经滚桶球磨12~48h。
(5)造粒成型:经滚桶球磨12~48h、出料烘干后、加粘结剂、造粒成型(成型压力为150MPa-200MPa)。
(6)排塑:将成型好的样品放在厢式电炉进行排塑,排塑程序为800℃/1h。
(7)通氧烧结:将样品放入特制坩埚里采用通氧气烧结,烧结的制度是1260℃-1320℃/1-4h。
冷加工:将烧结好的样品根据规格要求进行机械加工。
超声清洗、上电极:将加工好的样品进行超声清洗,烘干后上银电极,放入厢式电炉烧银。
极化:将有电极的样品放在硅油里,在一定的温度下,加高压处理极化条件是60℃-100℃,3-5kv/mm,10-60min。
测试包装:将极化好的样品放置一天后进行相关性能测试,测试合格的样品进行包装处理。
本发明获得了一种具有特殊性能的压电陶瓷材料,其材料标准片的主要性能为:d33=974pC/N,d31=-388pC/N,ε33T/εo=7000,g31=-6.26,k31=0.42;本发明材料的特点是具有较高的压电应变常数d31和相对低的压电电压常数g31,是一种性能优良的压电双晶片驱动型材料。
附图说明
图1是弯曲振动压电陶瓷换能器的工作原理图,图1(a)是把两片极性相同的压电陶瓷薄片胶合在一起,电路上采用并联;图1(b)是把两片极性相反的压电陶瓷薄片胶合在一起,电路上串联,图1(c)为改善换能器的机械性能和机电耦合,以及结构安装上的方便,常在两陶瓷片之间胶合碳纤维或金属薄片,为便于支撑和进行电路连接,金属片经常延伸到压电陶瓷片以外。
具体实施方式
下面通过实施例进一步阐明本发明的具体制备和材料的特点。
实施例1
以Pb3O4(工业纯)、ZrO2(工业纯)、TiO2(工业纯)、SrCO3(工业纯)、BaCO3(工业纯)、Nb2O5(工业纯)、La2O3(化学纯)、MgCO3(工业纯)、Sb2O3(工业纯)、SiO2(化学纯)为原料,按0.3715PbZrO3+0.2885PbTiO3+0.25Pb(Mg1/3Nb2/3)O3+0.04SrTiO3+0.03BaTiO3+0.02LaTiO3+0.05wt.%SiO2+0.02wt.%Nb2O5+0.04wt.%Sb2O3的化学计量称量,用去离子水和玛瑙球作为介质,经滚桶球磨8h,出料烘干后进行650℃/2h的第一段压块合成,再进行850℃/2h的第二段合成,经粉碎后滚桶球磨24h、出料烘干、加粘结剂、造粒成型(成型压力为150MPa)、排塑(800℃/1h)、通氧烧结(1280℃/2)、冷加工、超声清洗、上电极、极化(80℃,4kv/mm,15min)等工艺,最后进行相关性能测试。材料标准片的主要性能是:d33=926pC/N,d31=-368pC/N,ε33T/εo=6550,g31=-6.35,k31=0.40;
实施例2
以Pb3O4(工业纯)、ZrO2(工业纯)、TiO2(工业纯)、SrCO3(工业纯)、BaCO3(工业纯)、MgCO3(工业纯)、Nb2O5(工业纯)、La2O3(化学纯)、SiO2(化学纯)为原料,制备工艺同实施例1,按照0.3715PbZrO3+0.2685PbTiO3+0.25Pb(Mg1/3Nb2/3)O3+0.05SrTiO3+0.04BaTiO3+0.02LaTiO3+0.02wt.%SiO2+0.04wt.%La2O3+0.03wt.%Nb2O5的化学配方进行制备。得到材料标准片的主要性能是d33=943pC/N,:d31=-377pC/N,ε33T/εo=6720,g31=-6.33,k31=0.41;
实施例3
以Pb3O4(工业纯)、ZrO2(工业纯)、TiO2(工业纯)、SrCO3(工业纯)、BaCO3(工业纯)、MgCO3(工业纯)、Nb2O5(工业纯)、SiO2(化学纯)为原料,制备工艺同实施例1,按照0.372PbZrO3+0.258PbTiO3+0.25Pb(Mg1/3Nb2/3)O3+0.10SrTiO3+0.02BaTiO3+0.03wt.%SiO2+0.04wt.%Nb2O5的化学配方进行制备。材料标准片的主要性能是:d33=974pC/N,d31=-388pC/N,ε33T/εo=7000,g31=-6.26,k31=0.42;
表1 本发明与现有技术比较
Figure A200910045909D00061

Claims (6)

1、高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料,其组分式为:xPbZrO3+yPbTiO3+zPb(Mg1/3Nb2/3)O3+mSrTiO3+nBaTiO3+pLaTiO3+awt.%SiO2+bwt.%La2O3+cwt.%Nb2O5+dwt.%Sb2O3,其中,x=0.2~0.5;y=0.2~0.5;z=0.1~0.4;m=0.0~0.10;n=0.0~0.10;p=0.0~0.10;a=0~0.5;b=0~0.5;c=0~0.5;d=0~0.5。
2、高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料的制备方法,包括配料、混料、压块合成、粉碎细磨、造粒成型、排塑、通氧烧结,其特征在于:
(1)采用的配料组分式为:
xPbZrO3+yPbTiO3+zPb(Mg1/3Nb2/3)O3+mSrTiO3+nBaTiO3+pLaTiO3+awt.%SiO2+bwt.%La2O3+cwt.%Nb2O5+dwt.%Sb2O3,其中,x=0.2~0.5;y=0.2~0.5;z=0.1~0.4;m=0.0~0.10;n=0.0~0.10;p=0.0~0.10;a=0~0.5;b=0~0.5;c=0~0.5;d=0~0.5。
(2)混料采用去离子水和玛瑙球作为介质,按照原料:玛瑙球:去离子水=1:0.8~1.5:0.5~1.2的比例混合,经滚桶球磨混料6~10h。
(3)通氧烧结烧结条件为1260℃-1320℃/1-4h。
3、按权利要求2所述的制备方法,其特征在于,采用的原料是Pb3O4、ZrO2、TiO2、SrCO3、BaCO3、MgCO3或碱式MgCO3、Nb2O5、La2O3、Sb2O3、SiO2
4、按权利要求2或3所述的制备方法,其特征在于,压块合成压块压力在40MPa-100MPa,合成分两段,第一段合成:600℃-700℃/1-4h,第二段压块合成:700℃-900℃/1-4h。
5、按权利要求2或3所述的制备方法,其特征在于,粉碎细磨采用去离子水和玛瑙球作为介质,按照原料:玛瑙球:去离子水=1:0.8~1.5:0.5~1.2的比例混合,经滚桶球磨12~48h。
6、按权利要求2或3所述的制备方法,其特征在于,造粒成型压力为150MPa-200MPa)。
CN2009100459098A 2009-01-22 2009-01-22 高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料及其制备方法 Active CN101475373B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009100459098A CN101475373B (zh) 2009-01-22 2009-01-22 高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009100459098A CN101475373B (zh) 2009-01-22 2009-01-22 高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101475373A true CN101475373A (zh) 2009-07-08
CN101475373B CN101475373B (zh) 2012-01-25

Family

ID=40836164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009100459098A Active CN101475373B (zh) 2009-01-22 2009-01-22 高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101475373B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102515759A (zh) * 2011-12-12 2012-06-27 中国振华集团红云器材厂 高机电耦合系数压电瓷料及制作方法
CN102584230A (zh) * 2012-03-01 2012-07-18 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高压电系数、高电致应变低温烧结的压电陶瓷材料及其制备方法
CN103641476A (zh) * 2013-11-15 2014-03-19 瑞声声学科技(深圳)有限公司 陶瓷材料、烧结体及制备方法、压电陶瓷器件、压电双晶片及改善其温度稳定性的胶合方法
CN103724013A (zh) * 2013-12-26 2014-04-16 重庆胜普昂凯科技有限公司 一种a位复合取代高压电常数的压电陶瓷材料及制备方法
CN109650888A (zh) * 2018-12-27 2019-04-19 哈尔滨工业大学 一种低温织构高电学性能三元系钛酸铅基弛豫铁电取向陶瓷及其制备方法和应用
CN113593373A (zh) * 2020-12-10 2021-11-02 宁波大学 一种基于压电超声振动的盲文动态触点单元及盲文触觉感知装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR910001362B1 (ko) * 1987-07-14 1991-03-04 미쓰이 세끼유 가가꾸 고오교오 가부시끼가이샤 강유전성 세라믹
CN1329339C (zh) * 2005-10-28 2007-08-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种细晶、高介电常数压电陶瓷材料及其制备方法
CN100347123C (zh) * 2005-12-30 2007-11-07 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高介电常数软性压电陶瓷材料及制备方法
CN1821173A (zh) * 2006-03-15 2006-08-23 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高压电应变常数压电陶瓷材料及其制备方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102515759A (zh) * 2011-12-12 2012-06-27 中国振华集团红云器材厂 高机电耦合系数压电瓷料及制作方法
CN102584230A (zh) * 2012-03-01 2012-07-18 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高压电系数、高电致应变低温烧结的压电陶瓷材料及其制备方法
CN102584230B (zh) * 2012-03-01 2014-11-05 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高压电系数、高电致应变低温烧结的压电陶瓷材料及其制备方法
CN103641476A (zh) * 2013-11-15 2014-03-19 瑞声声学科技(深圳)有限公司 陶瓷材料、烧结体及制备方法、压电陶瓷器件、压电双晶片及改善其温度稳定性的胶合方法
CN103641476B (zh) * 2013-11-15 2015-05-06 瑞声声学科技(深圳)有限公司 陶瓷材料、烧结体及制备方法、压电陶瓷器件、压电双晶片及改善其温度稳定性的胶合方法
CN103724013A (zh) * 2013-12-26 2014-04-16 重庆胜普昂凯科技有限公司 一种a位复合取代高压电常数的压电陶瓷材料及制备方法
CN109650888A (zh) * 2018-12-27 2019-04-19 哈尔滨工业大学 一种低温织构高电学性能三元系钛酸铅基弛豫铁电取向陶瓷及其制备方法和应用
CN113593373A (zh) * 2020-12-10 2021-11-02 宁波大学 一种基于压电超声振动的盲文动态触点单元及盲文触觉感知装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN101475373B (zh) 2012-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101475373B (zh) 高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料及其制备方法
Zhao et al. Microstructure and piezoelectric properties of CuO-doped 0.95 (K0. 5Na0. 5) NbO3–0.05 Li (Nb0. 5Sb0. 5) O3 lead-free ceramics
CN102531638B (zh) 一种添加物及其降低压电陶瓷烧结温度的用途
Guo et al. Enhanced transduction coefficient in piezoelectric PZT ceramics by mixing powders calcined at different temperatures
Zhang et al. Fabrication and performance of PNN-PZT piezoelectric ceramics obtained by low-temperature sintering
CN102260079B (zh) 一种“收/发”两用型PZT-Pb(Sb2/3Mn1/3)三元系压电陶瓷材料及其制备方法
CN104844202A (zh) 一种锰锑酸铅掺杂的铌镍-锆钛酸铅压电陶瓷
CN101786880B (zh) 一种铌酸钾钠-铌酸钾锂压电陶瓷及其制备方法
CN101941840B (zh) 制备铌镍-锆钛酸铅压电陶瓷的b位氧化物前驱体方法
JP2008156172A (ja) 無鉛圧電磁器組成物
CN103073289A (zh) 压电陶瓷材料、烧结体、压电陶瓷器件及其制备方法
CN104230333B (zh) 一种高温压电陶瓷材料及其制备方法
KR100481226B1 (ko) 세라믹 액츄에이터용 압전 세라믹 조성물 및 압전 세라믹 제조방법
KR101485284B1 (ko) 압전 자기 조성물
CN102718482B (zh) 压电陶瓷材料及其制备方法、压电发电振子
CN102093067B (zh) 一种采用纳米Al2O3晶须增韧的高压电特性的陶瓷材料及制备方法
CN102838350B (zh) 一种低温烧结压电陶瓷材料及其制备方法
CN103011815A (zh) 三元铁电固溶体铌镥酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅
JP2013001591A (ja) 圧電磁器組成物
CN105218092B (zh) 一种同时具备大位移及低滞后的锆钛酸铅基压电陶瓷材料及其制备方法
CN103539447B (zh) 一种低温烧结的压电陶瓷材料及其制备方法
KR100765176B1 (ko) 압전 세라믹스 조성물 및 그 제조방법
CN102249678A (zh) 无铅无铋压电陶瓷
CN100548918C (zh) 一种低介电损耗压电陶瓷材料及其制备方法
CN102838349A (zh) 一种高居里温度、高电致应变压电陶瓷材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: SHANGHAI INSTITUTE OF CERAMICS PILOT BASE

Effective date: 20140725

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20140725

Address after: 1295 Dingxi Road, Shanghai, No. 200050

Patentee after: SHANGHAI INSTITUTE OF CERAMICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

Patentee after: RESEARCH AND DEVELOPMENT CENTER, SHANGHAI INSTITUTE OF CERAMICS

Address before: 1295 Dingxi Road, Shanghai, No. 200050

Patentee before: SHANGHAI INSTITUTE OF CERAMICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220810

Address after: 200050 No. 1295 Dingxi Road, Shanghai, Changning District

Patentee after: SHANGHAI INSTITUTE OF CERAMICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

Address before: 200050 No. 1295 Dingxi Road, Shanghai

Patentee before: SHANGHAI INSTITUTE OF CERAMICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

Patentee before: RESEARCH AND DEVELOPMENT CENTER, SHANGHAI INSTITUTE OF CERAMICS

TR01 Transfer of patent right