CN101767995B

CN101767995B - 一种压电陶瓷材料的制备方法

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Publication number: CN101767995B
Application number: CN201010040033A
Authority: CN
Inventors: 徐锦生
Original assignee: NINGBO KEPO ELECTRONICS Ltd
Current assignee: NINGBO KEPO ELECTRONICS Ltd
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2030-01-14
Also published as: CN101767995A

Abstract

一种压电陶瓷材料，该材料的化学通式表示如下：Pb_1.05-dSr_dZr_xTiyO₃+amol％La₂O₃+bmol％M+cmol％SiO₂，其中，0≤d≤0.03，x+y＝1，0≤a≤5，0≤b≤5，0≤c≤1，M为LiNbO₃或Nb₂O₅。本发明还公开了该压电陶瓷材料的制备方法。与现有技术相比，本发明的优点在于：对PZT压电陶瓷进行了取代掺杂改性，并且创造性地选择了适合该压电陶瓷材料的制备工艺，使得该压电陶瓷材料的居里点大大提高，压电性能和介电性能也很优越，在270℃高温下，压电陶瓷材料压电性能和介电性能下降很少，能用于SMD压电陶瓷蜂鸣器中。

Description

一种压电陶瓷材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种压电陶瓷材料，本发明还涉及一种压电陶瓷材料的制备方法。

背景技术

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，它的应用十分广泛，而且是应用在与人们的生活密切相关的许多领域，以实现能量转换，传感驱动，频率控制等功能。在能量转换方面，可制造压电点火器、移动X光机电源、炮弹引爆装置、压电变压器、压电拾音器、压电蜂鸣器、压电喇叭，还可以做金属探伤器、超声清洗、超声医疗、超声切割器。在传感方面，可用于声纳系统、汽车倒车传感、气象探测、遥测环境保护、家用电器。在驱动方面，可用于精确的控制机构-压电驱动器、谐振器、滤波器等控制装置是决定通讯设备性能的关键器件。压电陶瓷在电声方面的运用也很广泛，如压电拾音器、压电传声器、压电蜂鸣器、压电喇叭，随着人们生活水平不断的提高，这些产品的需求量也会越来越多。

一般的压电陶瓷蜂鸣器产品使用温度为80℃，只能手工焊接安装，费工费时，要机械自动化安装，压电陶瓷蜂鸣器产品必须满足波峰焊和更高要求的回流焊，这就要求压电陶瓷材料居里点高，同时在居里温度内该压电陶瓷材料电性能下降要少。

目前，现有技术中公开了较多这方面的文献，如专利号为ZL93112369.0的中国发明专利《改性偏铌酸铅高温压电陶瓷材料及其制备方法》(授权公告号为CN1031537C)，又如申请号为200810300186.7的中国发明专利公开《改性PZT基高温压电陶瓷材料及其制备方法》(授权公告号为CN101224978A)，再如CN101265093A、CN101265092A等。

SMD压电陶瓷蜂鸣器产品适用于机械自动化安装，为满足应用条件，要求SMD压电陶瓷蜂鸣器产品必须过270℃回流焊后，其蜂鸣器声压及其它电性能变化在10％以内。虽然这方面的文献比较丰富，但压电陶瓷蜂鸣器能过270℃回流焊的较少，关键是压电陶瓷材料各方面性能无法满足。铌酸铅、铌酸锂、钛酸铅压电陶瓷材料居里点都比较高，但是压电性能和介电性能都比较差，不能满足压电陶瓷蜂鸣器的要求，而三元系压电陶瓷性能好的材料，居里点不会超过330℃，但是二元系PZT压电陶瓷居里点高，压电性能和介电性能也不弱，通过对二元系PZT压电陶瓷锆，钛比的选择，并对其用五氧化二铌，三氧化二锑，三氧化二镧，二氧化硅进行掺杂取代改性，还有碳酸锶，碳酸镁的取代，使压电陶瓷达到最佳的压电性能和介电性能，同时居里点超过355℃。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种能过三次270℃回流焊的压电陶瓷材料。

本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种能过三次270℃回流焊的压电陶瓷材料制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种压电陶瓷材料，该材料的化学通式表示如下：

一种压电陶瓷材料，该材料的化学通式表示如下：

Pb_1.05-dSr_dZr_xTi_yO₃+amol％La₂O₃+bmol％M+cmol％SiO₂，

其中，0≤d≤0.03，x+y＝1，0≤a≤5，0≤b≤5，0≤c≤1，

M为LiNbO₃或Nb₂O₅。

一种的压电陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

①配料，按照化学通式Pb_1.05-dSr_dZr_xTi_yO₃+amol％La₂O₃+bmol％M+cmol％SiO₂，称取各所需物质组成混合物；

②混料，将上述混合物装入振磨机中，加入无水乙醇，振磨3～6小时，混合物的重量和无水乙醇体积比满足9kg∶4ml～9kg∶6ml；

③预烧，将振磨后的混合物预烧，预烧温度920℃～1050℃，时间3～5小时，预烧后得到料块；

④细磨，将料块破碎成0.1～1mm的颗粒，再将颗粒装入振磨机中，加入无水乙醇，振磨5～8小时，得到粉料，颗粒的重量和无水乙醇体积比满足9kg∶4ml～9kg∶6ml，接着取出粉料，再放入球磨机中，水磨18～24小时，取出烘干，采用二次细磨工艺，使得，粉料粒形更加，为产品质量提供了保证；

⑤流延，将水磨后的粉料加入到球磨机中，再加入占到总重量15％～40％的粘合剂，球磨8～16小时，在流延机中流延，得到0.03mm～0.15mm厚的膜片，采用流延工艺后产品可以作的更薄，使用更广泛的应用；

⑥排胶，将膜片进行排胶，温度750℃～800℃，时间36～48小时，排胶后得到瓷坯；

⑦烧成，将瓷坯叠起来，进行烧成，温度1180℃～1300℃，时间18～24小时，得到陶瓷片；

⑧施电极，将陶瓷片剥开、清洗、烘干、印银、烧银，烧银温度750℃～800℃，时间2～3小时；

⑨极化，极化温度100℃～140℃，极化时间5～10分钟，极化电场1～2KV/mm。

步骤③中所述的预烧和步骤⑦中所述的烧成均是将原料装入氧化铝坩埚中然后放入隧道窑中完成的，而步骤⑥中所述的排胶则是将原料放在氧化铝底板上然后放入隧道窑中完成的。

为满足使用要求，对步骤⑤中所述的流延后的膜片进行冲片，所得冲片后的膜片直径为6～35mm。

为提高产品品质，对步骤⑤流延前还添加有占到总重量0～5％的增塑剂和占到总重量0～5％的消泡剂。

与现有技术相比，本发明的优点在于：对PZT压电陶瓷进行了取代掺杂改性，并且创造性地选择了适合该压电陶瓷材料的制备工艺，使得该压电陶瓷材料的居里点大大提高，压电性能和介电性能也很优越，在270℃高温下，压电陶瓷材料压电性能和介电性能下降很少，能用于SMD压电陶瓷蜂鸣器中。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1，按化学式组成

Pb_1.038Sr_0.012Zr_0.5285Ti_0.4715O₃+0.4mol％La₂O₃+0.8mol％Nb₂O₅+0.1mol％SiO₂，

计算各种原料Pb₃O₄、ZrO₂、TiO₂、SrCO₃、Nb₂O₅、La₂O₃、SiO₂配比，用电光分析天平进行称量，在高效振磨机中振磨4小时，混合料放入氧化铝坩埚中，再进入隧道窑中预烧，最高温度1020℃，进出时间为36小时，在高温区时间为4.5小时，预烧后的料块经过破碎，先在高效振磨机中振磨6小时，取出粉料，放入球磨机中水磨24小时，取出烘干，称取压电陶瓷粉料、粘合剂、消泡剂、增塑剂在球磨机中球磨10小时制备流延浆料，在流延机中流延0.055mm厚度的膜片，冲片直径为∮14.1mm，撒隔粘粉，将圆膜片叠在氧化铝板上，进入隧道窑中排胶，最高温度800℃，进出时间为36小时，再放入氧化铝坩埚中，进入隧道窑烧成，最高温度1200℃，进出时间18小时。将陶瓷片剥离、清洗、烘干，被上银电极，进入隧道窑中烧银，最高温度760℃，进出时间2小时。然后将烧银后的陶瓷银片放入极化设备中进行极化，叠10片加800V直流电，时间为5分钟，温度为100℃，24小时后进行性能测试，本实施例中的PZT压电陶瓷粉料、粘合剂、消泡剂、增塑剂分别为8kg、2.9kg、0.33kg、0.25kg。其中，粘合剂、消泡剂、增塑剂均为广东风华高新科技集团的肇庆市羚光电子化学品材料科技有限公司生产，粘合剂型号为LS，增朔剂型号为DP，消泡剂型号为FP。

测试结果如下：压电常数d33＝420pc/N，机电耦合系数Kp＝61％，居里温度Tc＝355℃，相对介电常数ε＝1650，介电损耗tg δ＜0.2％，体积密度＝7.8g/cm³。

过三次270℃回流焊后，该压电陶瓷材料的压电性能和介电性能为：压电常数d33＝390pc/N，机电耦合系数Kp＝58％，相对介电常数ε＝1680，介电损耗tgδ＜0.2％。

实施例2：按化学式组成

Pb_1.038Sr_0.012Zr_0.5285Ti_0.4715O₃+0.5mol％La₂O₃+0.5mol％LiNbO₃+0.1mol％SiO₂，

计算各种原料Pb₃O₄、ZrO₂、TiO₂、SrCO₃、Nb₂O₅、Li₂CO₃、La₂O₃、SiO₂配比，用电光分析天平进行称量，在高效振磨机中振磨4小时，混合料放入氧化铝坩埚中，再进入隧道窑中预烧，最高温度1030℃，进出时间为36小时，在高温区时间为4.5小时，预烧后的料块经过破碎，先在高效振磨机中振磨6小时，取出粉料，放入球磨机中水磨24小时，取出烘干，称取压电陶瓷粉料、粘合剂、消泡剂、增塑剂在球磨机中球磨10小时制备流延浆料。在流延机中流延0.055mm厚度的膜片，冲片直径为∮14.1mm，撒隔粘粉，将圆膜片叠在氧化铝板上，进入隧道窑中排胶，最高温度800℃，进出时间为36小时，再放入氧化铝坩埚中，进入隧道窑烧成，最高温度1200℃，进出时间18小时，烧成时，陶瓷片之间涂覆隔粘剂，便于后面的剥离。烧成后将陶瓷片剥离、清洗、烘干，被上银电极，进入隧道窑中烧银，最高温度760℃，进出时间2小时。然后将烧银后的陶瓷银片放入极化设备中进行极化，叠10片加800V直流电，时间为5分钟，温度为100℃，24小时后进行性能测试，本实施例中的PZT压电陶瓷粉料、粘合剂、消泡剂、增塑剂分别为8kg、2.9kg、0.33kg、0.25kg。其中，粘合剂、消泡剂、增塑剂均为广东风华高新科技集团的肇庆市羚光电子化学品材料科技有限公司生产，粘合剂型号为LS，增朔剂型号为DP，消泡剂型号为FP。

测试结果如下：压电常数d33＝395pc/N，机电耦合系数Kp＝58％，居里温度Tc＝362℃，相对介电常数ε＝1600，介电损耗tgδ＜0.2％，体积密度＝7.78g/cm³。

过三次270℃回流焊后，该压电陶瓷材料的压电性能和介电性能为：压电常数d33＝360pc/N，机电耦合系数Kp＝55％，相对介电常数ε＝1650，介电损耗tgδ＜0.2％。

Claims

1.一种压电陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

①配料，按照化学通式Pb_1.05-dSr_dZr_xTi_yO₃+amol％La₂O₃+bmol％M+cmol％SiO₂，称取各所需物质组成混合物，其中，0＜d≤0.03，x+y＝1，0＜a≤5，0＜b≤5，0＜c≤1，M为LiNbO₃或Nb₂O₅；

④细磨，将料块破碎成0.1～1mm的颗粒，再将颗粒装入振磨机中，加入无水乙醇，振磨5～8小时，得到粉料，颗粒的重量和无水乙醇体积比满足9kg∶4ml～9kg∶6ml，接着取出粉料，再放入球磨机中，水磨18～24小时，取出烘干；

⑤流延，将水磨后的粉料加入到球磨机中，再加入占到总重量15％～40％的粘合剂，球磨8～16小时，在流延机中流延，得到0.03mm～0.15mm厚的膜片；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤③中所述的预烧和步骤⑦中所述的烧成均是将原料装入氧化铝坩埚中然后放入隧道窑中完成的，而步骤⑥中所述的排胶则是将原料放在氧化铝底板上然后放入隧道窑中完成的。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于对步骤⑤中所述的流延后的膜片进行冲片，所得冲片后的膜片直径为6～35mm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于对步骤⑤流延前还添加有占到总重量0～5％的增塑剂和占到总重量0～5％的消泡剂。