CN103204679A - 一种低温烧结且老化率低的pzt压电陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种低温烧结且老化率低的PZT压电陶瓷材料及其制备方法，属于压电陶瓷材料领域。其特征在于包括主体成分和附加成分，主体成分组成式为Pb[(Sb2/5Nb3/5)xZryTi1-x-y]O3，其中0.008≤x≤0.015，0.47≤y≤0.51；附加成分为占主体成分质量百分比0.98~1.63%的SnO2。并在选料、预烧成型后在1060~1120℃的条件下烧结。本发明通过以复合离子组合（Sb2/5Nb3/5）对锆钛酸铅的配方中的锆（Zr）和钛（Ti）进行取代调整及添加少量的锡（Sn）元素进行掺杂改性，所需烧结温度低，PZT压电陶瓷材料的老化率也大大降低。
Description
技术领域
一种低温烧结且老化率低的PZT压电陶瓷材料及其制备方法，属于压电陶瓷材料领域。
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，属于无机非金属材料。这是一种具有压电效应的材料。所谓压电效应是指某些介质在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。这种奇妙的效应已经被科学家应用在与人们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，利用压电陶瓷将机械能转换成电能的特性，可以制造出压电点火器、移动X光电源、炮弹引爆装置。电子打火机中就有压电陶瓷制作的火石，打火次数可在100万次以上。用压电陶瓷把电能转换成超声振动，可以用来探寻水下鱼群的位置和形状，对金属进行无损探伤，以及超声清洗、超声医疗，还可以做成各种超声切割器、焊接装置及烙铁，对塑料甚至金属进行加工。
自1880年居里兄弟发现压电效应以来，这一效应已在各行各业和社会生活的各个方面得到广泛的应用，压电陶瓷也因此成为除介电陶瓷之外产量较大的电子陶瓷材料。最早被发现的压电陶瓷材料为钛酸钡，但自50年代PZT陶瓷被发现以来，PZT就因其机电耦合系数高、温度稳定性好、居里温度较高，而且可通过适当的取代添加改性达到不同用途等优越性，大量占有了压电陶瓷市场。关于PZT材料的研究也从探索各种取代添加对材料性能的影响，逐渐拓宽到微观结构与性能的关系以及工艺过程的各个方面。PZT材料的低温烧结即为其中方向之一。PZT陶瓷一般在1300℃左右烧结，PbO挥发严重，这不仅会造成环境污染，而且会导致PZT陶瓷的实际组分偏离所设计的配方，使其电性能劣化。研究PZT材料的低温烧结不仅可以降低电能消耗，而且可以减少PbO的挥发，避免陶瓷组分的波动及偏离设计组成，同时也减轻了PbO挥发所带来的环境污染问题。
极化处理后的压电陶瓷性能随存放时间的延长而变化的现象，称为其性能的老化。压电陶瓷放置的时间越长，总的变化量越大，但变化的速度会逐渐减缓。这个变化是不可逆的，除非其受到新的激励和干扰(如重新人工极化处理等)，否则不会再具有原来水平的性能。一般规律是：介电常数、介电损耗、压电常数、弹性柔顺系数都变小；而频率常数、机械品质因数值变大。而发现，这些性能参数的变化基本上与时间的对数呈线性关系，即
式中y代表陶瓷材料的性能参数，y(t1)是极化处理以后单位时间t1（例如1天）测得的该参数的值，y(t)是极化以后经过t时间（例如100天）后测得的值；t1及t以天数或小时数表示。A为常数，称为老化率。若取以10为底的对数，求得的A称为十倍时间老化率。显然，∣A∣越小，材料的稳定性就越好。
在压电陶瓷应用的诸多领域中，压电性能指标，特别是性能的稳定性决定着产品是否具有实用性和商业价值。例如，引爆用压电陶瓷性能若因长期存放变化大，就不能引爆；点火用压电陶瓷性能经时变化大，就不能点火；压电超声马达、变压器、超声换能器等交流谐振驱动压电陶瓷元件的谐振频率变化太大，将使其不能工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种低温下烧结而成且老化率低的一种低温烧结且老化率低的PZT压电陶瓷材料及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低温烧结且老化率低的PZT压电陶瓷材料，其特征在于包括主体成分和附加成分，主体成分组成式为Pb[(Sb2/5Nb3/5)xZryTi1-x-y]O3，其中0.008≤x≤0.015，0.47≤y≤0.51；附加成分为占主体成分质量百分比0.98~1.63%的SnO2。
优选的，所述的附加成分为占主体成分质量百分比0.98~1.12%的SnO2。
一种上述的低温烧结且老化率低的PZT压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
1、按组成式Pb[(Sb2/5Nb3/5)xZryTi1-x-y]O3，其中0.008≤x≤0.015，0.47≤y≤0.51中Pb、 Sb、 Nb、Zr和Ti各元素的数量比称取原料Pb3O4、Sb2O3、Nb2O5、ZrO2、TiO2进行配料，并称取占主体成分质量百分比0.98~1.63%的SnO2原料；将上述原料和去离子水加入搅拌球磨机混料3~5小时，出料用压滤罐滤水，之后烘干；
2、再加入占物料质量分数5~9%去离子水，过40目筛后压块，在780~820℃下利用隧道窑进行预烧2~3小时；
3、预烧后再进过粉碎研磨、造粒、干压成型步骤后在1060~1120℃的条件下通过隧道窑进行烧结2~4小时得半成品；半成品经烤银、极化后即得。
优选的，所述的步骤3中在隧道窑中的烧结温度为1080~1100℃。
所述的粉碎研磨为在预烧后用去离子水作为球磨介质、并加入行业标准的粘合剂、甘油、分散剂在搅拌球磨机内进行粉碎研磨4~6小时。
所述的造粒为利用喷雾造粒塔进行造粒。
所述的干压成型的压力条件为10~20Mpa。
所述的半成品经烤银、极化具体为烧结后的半成品首先加工成Ф20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在600~900℃烤银，然后放在硅油中进行极化，极化温度为130~150℃，极化电压为2500~3000V/mm，极化时间为15~30分钟。
原料选用化学纯的四氧化三铅（Pb3O4）、分析纯的二氧化锆（ZrO2）、分析纯的二氧化钛（TiO2）、分析纯的五氧化二铌（Nb2O5）、分析纯的三氧化二锑（Sb2O3）和分析纯的二氧化锡（SnO2）。
本发明将PZT陶瓷中的以复合离子组合（Sb2/5Nb3/5）对PZT压电陶瓷的配方中的锆（Zr）和钛（Ti）进行部分取代，并掺加少量的锡（Sn）元素进行掺杂改性。Sb2/5Nb3/5的复合离子组合结构改变了PZT陶瓷中Pb、Zr和Ti三种离子间的相互之间间距，增加了压电陶瓷本身自发极化离子定向的稳定趋势，使本发明压电陶瓷在受到外力而内部产生电极化现象后，在外力消除时恢复原状态的能力更稳定即压电陶瓷的老化率降低。本发明发明人反复实验后得到只有当Sb2/5Nb3/5的复合离子组合结构以此种比例相结合后才会对压电陶瓷的老化率产生此种积极地影响。本发明在使用锡元素进行掺杂改性后与主要成分形成的协同作用使得本发明的压电陶瓷在1060~1120℃的低烧结温度时即能够反应完全，胚体达到致密效果具有足够前度而不影响压电陶瓷的压电性能。
与现有技术相比，本发明的一种低温烧结且老化率低的PZT压电陶瓷材料及其制备方法所具有的有益效果是：本发明通过以复合离子组合（Sb2/5Nb3/5）对锆钛酸铅的配方中的锆（Zr）和钛（Ti）进行取代调整及添加少量的锡（Sn）元素进行掺杂改性，获得本发明的低温烧结且老化率低的的压电陶瓷材料，按照国家标准GB/T3388—2002《压电陶瓷材料型号命名方法》命名为PSbNb-5。本发明的制备方法中烧结温度低，不仅可以降低电能消耗还大大降低了PbO的挥发，使PZT陶瓷的实际组分更接近所设计的配方，优化PZT陶瓷的电性能避免了环境污染。本发明的PZT压电陶瓷材料具有极低的老化率，性能稳定，有效使用时间更长，更换率低，能长期保证配套设施的稳定运行。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明一种低温烧结且老化率低的PZT压电陶瓷材料及其制备方法做进一步说明，其中实施例4为最佳实施例。
实施例1
本发明以Pb3O4（化学纯）、ZrO2（分析纯）、TiO2（分析纯）、Nb2O5（分析纯）、Sb2O3（分析纯）和SnO2（分析纯）为原料，按照组成式Pb[(Sb2/5Nb3/5)xZryTi1-x-y]O3，其中x=0.008，y=0.49，计算各种原料的质量，称取Pb3O4、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Sb2O3配制主体成分，再向其中加入占主体成分质量百分比0.98%的SnO2作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料3小时，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，添加5%去离子水过40目筛后压块，在790℃下利用隧道窑进行预烧，预烧2 ~3小时后再用去离子水作为球磨介质、并加入粘合剂、甘油、分散剂在搅拌球磨机内进行粉碎研磨5小时，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒。造粒后的粉料在15Mpa的压力条件下干压成型，然后在1080℃的条件下通过隧道窑进行烧结。烧结3小时后的半成品加工成Ф20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在750℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为140℃，极化电压为3000V/mm，极化时间为20分钟。放置24小时后测试其压电性能参数。然后放置10天后、1个月后、3个月后、1年后分别测试其压电性能参数。
制得的压电陶瓷主体成分组成式为Pb[(Sb2/5Nb3/5)0.008Zr0.49Ti0.502]O3，附加成分为占主体成分质量百分比0.98%的SnO2。
此样品所测得压电性能参数分别为：
24小时后：机电耦合系数Kp=0.558，压电常数d33=348 pC/N，介电常数ε=1798。
10天后：机电耦合系数Kp=0.556，压电常数d33=345 pC/N，介电常数ε=1785，十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.36%、A(d33)=-0.87%、A(ε)=-0.73%。
1个月后：机电耦合系数Kp=0.553，压电常数d33=341 pC/N，介电常数ε=1780。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.61%、A(d33)=-1.36 %、A(ε)=-0.68 %。
3个月后：机电耦合系数Kp=0.550，压电常数d33=338 pC/N，介电常数ε=1773。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.73%、A(d33)=-1.47 %、A(ε)=-0.71 %。
1年后：机电耦合系数Kp=0.548，压电常数d33=336 pC/N，介电常数ε=1765。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.70%、A(d33)=-1.35 %、A(ε)=-0.72 %。
此样品居里温度Tc=365℃。
实施例2
本发明以Pb3O4（化学纯）、ZrO2（分析纯）、TiO2（分析纯）、Nb2O5（分析纯）、Sb2O3（分析纯）和SnO2（分析纯）为原料，按照组成式Pb[(Sb2/5Nb3/5)xZryTi1-x-y]O3，其中x=0.01，y=0.48，计算各种原料的质量，称取Pb3O4、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Sb2O3配制主体成分，再向其中加入占主体成分质量百分比1.10%的SnO2作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料4小时，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，添加7%去离子水过40目筛后压块，在800℃下利用隧道窑进行预烧，预烧2 ~3小时后再用去离子水作为球磨介质、并加入适量粘合剂、甘油、分散剂等在搅拌球磨机内进行粉碎研磨5小时，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒。造粒后的粉料在15Mpa的压力条件下干压成型，然后在1110℃的条件下通过隧道窑进行烧结。烧结3小时后的半成品加工成Ф20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在750℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为140℃，极化电压为3000V/mm，极化时间为25分钟。放置24小时后测试其压电性能参数。然后放置10天后、1个月后、3个月后、1年后分别测试其压电性能参数。
制得的压电陶瓷主体成分组成式为Pb[(Sb2/5Nb3/5)0.01Zr0.48Ti0.51]O3，附加成分为占主体成分质量百分比1.10%的SnO2。
此样品所测得压电性能参数分别为：
24小时后：机电耦合系数Kp=0.555，压电常数d33=353 pC/N，介电常数ε=1743。
10天后：机电耦合系数Kp=0.553，压电常数d33=348 pC/N，介电常数ε=1735，十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.36%、A(d33)=-1.42 %、A(ε)=-0.46 %。
1个月后：机电耦合系数Kp=0.551，压电常数d33=345 pC/N，介电常数ε=1731。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.49%、A(d33)=-1.53 %、A(ε)=-0.47 %。。
3个月后：机电耦合系数Kp=0.547，压电常数d33=343 pC/N，介电常数ε=1728。十倍时间老化率分别为A（Kp）=0.74-%、A(d33)=-1.45 %、A(ε)=-0.44 %。
1年后：机电耦合系数Kp=0.542，压电常数d33=341 pC/N，介电常数ε=1721。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.91%、A(d33)=-1.33 %、A(ε)=-0.49 %。
此样品居里温度Tc=370℃。
实施例3
本发明以Pb3O4（化学纯）、ZrO2（分析纯）、TiO2（分析纯）、Nb2O5（分析纯）、Sb2O3（分析纯）和SnO2（分析纯）为原料，按照组成式Pb[(Sb2/5Nb3/5)xZryTi1-x-y]O3，其中x=0.012，y=0.51，计算各种原料的质量，称取Pb3 O4、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Sb2O3配制主体成分，再向其中加入占主体成分质量百分比1.12%的SnO2作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料5小时，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，添加5%去离子水过40目筛后压块，在810℃下利用隧道窑进行预烧，预烧2 ~3小时后再用去离子水作为球磨介质、并加入适量粘合剂、甘油、分散剂等在搅拌球磨机内进行粉碎研磨5小时，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒。造粒后的粉料在15Mpa的压力条件下干压成型，然后在1090℃的条件下通过隧道窑进行烧结。烧结2 .5小时后的半成品加工成Ф20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在760℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为140℃，极化电压为2500V/mm，极化时间为20分钟。放置24小时后测试其压电性能参数。然后放置10天后、1个月后、3个月后、1年后分别测试其压电性能参数。
制得的压电陶瓷主体成分组成式为Pb[(Sb2/5Nb3/5)0.012Zr0.51Ti0.478]O3，附加成分为占主体成分质量百分比1.12%的SnO2。
此样品所测得压电性能参数分别为：
24小时后：机电耦合系数Kp=0.563，压电常数d33=362 pC/N，介电常数ε=1813。
10天后：机电耦合系数Kp=0.561，压电常数d33=360 pC/N，介电常数ε=1809，十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.36%、A(d33)=-0.55 %、A(ε)=-0.22 %。
1个月后：机电耦合系数Kp=0.558，压电常数d33=356 pC/N，介电常数ε=1804。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.60%、A(d33)=-1.12 %、A(ε)=-0.34 %。
3个月后：机电耦合系数Kp=0.555，压电常数d33=353pC/N，介电常数ε=1800。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.73%、A(d33)=-1.27 %、A(ε)=-0.37 %。
1年后：机电耦合系数Kp=0.551，压电常数d33=349 pC/N，介电常数ε=1795。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.83%、A(d33)=-1.40 %、A(ε)=-0.39 %。
此样品居里温度Tc=365℃。
实施例4
本发明以Pb3O4（化学纯）、ZrO2（分析纯）、TiO2（分析纯）、Nb2O5（分析纯）、Sb2O3（分析纯）和SnO2（分析纯）为原料，按照组成式Pb[(Sb2/5Nb3/5)xZryTi1-x-y]O3，其中x=0.010，y=0.49，计算各种原料的质量，称取Pb3 O4、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Sb2O3配制主体成分，再向其中加入占主体成分质量百分比1.36%的SnO2作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料4小时，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，添加8%去离子水过40目筛后压块，在800℃下利用隧道窑进行预烧，预烧2 ~3小时后再用去离子水作为球磨介质、并加入适量粘合剂、甘油、分散剂等在搅拌球磨机内进行粉碎研磨6小时，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒。造粒后的粉料在15Mpa的压力条件下干压成型，然后在1100℃的条件下通过隧道窑进行烧结。烧结3.5小时后的半成品加工成Ф20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在780℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为140℃，极化电压为3000V/mm，极化时间为15分钟。放置24小时后测试其压电性能参数。然后放置10天后、1个月后、3个月后、1年后分别测试其压电性能参数。
制得的压电陶瓷主体成分组成式为Pb[(Sb2/5Nb3/5)0.01Zr0.49Ti0.5]O3，附加成分为占主体成分质量百分比1.36%的SnO2。
此样品所测得压电性能参数分别为：
24小时后：机电耦合系数Kp=0.569，压电常数d33=389 pC/N，介电常数ε=1825。
10天后：机电耦合系数Kp=0.567，压电常数d33=386 pC/N，介电常数ε=1820，十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.35%、A(d33)=-0.77 %、A(ε)=-0.27 %。
1个月后：机电耦合系数Kp=0.564，压电常数d33=383pC/N，介电常数ε=1813。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.60%、A(d33)=-1.04 %、A(ε)=-0.45 %。
3个月后：机电耦合系数Kp=0.563，压电常数d33=383 pC/N，介电常数ε=1804。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.54%、A(d33)=-0.78 %、A(ε)=-0.59 %。
1年后：机电耦合系数Kp=0.562，压电常数d33=382 pC/N，介电常数ε=1785。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.48%、A(d33)=-0.70 %、A(ε)=-0.86 %。
此样品居里温度Tc=370℃。
实施例5
本发明以Pb3O4（化学纯）、ZrO2（分析纯）、TiO2（分析纯）、Nb2O5（分析纯）、Sb2O3（分析纯）和SnO2（分析纯）为原料，按照组成式Pb[(Sb2/5Nb3/5)xZryTi1-x-y]O3，其中x=0.014，y=0.51，计算各种原料的质量，称取Pb3 O4、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Sb2O3配制主体成分，再向其中加入占主体成分质量百分比1.27%的SnO2作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料3小时，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，添加9%去离子水过40目筛后压块，在820℃下利用隧道窑进行预烧，预烧2 ~3小时后再用去离子水作为球磨介质、并加入适量粘合剂、甘油、分散剂等在搅拌球磨机内进行粉碎研磨4小时，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒。造粒后的粉料在15Mpa的压力条件下干压成型，然后在1110℃的条件下通过隧道窑进行烧结。烧结3小时后的半成品加工成Ф20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在770℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为140℃，极化电压为3000V/mm，极化时间为20分钟。放置24小时后测试其压电性能参数。然后放置10天后、1个月后、3个月后、1年后分别测试其压电性能参数。
制得的压电陶瓷主体成分组成式为Pb[(Sb2/5Nb3/5)0.014Zr0.51Ti0.476]O3，附加成分为占主体成分质量百分比1.27%的SnO2。
此样品所测得压电性能参数分别为：
24小时后：机电耦合系数Kp=0.566，压电常数d33=372 pC/N，介电常数ε=1794。
10天后：机电耦合系数Kp=0.562，压电常数d33=370 pC/N，介电常数ε=1790，十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.71%、A(d33)=-0.54 %、A(ε)=-0.22 %。
1个月后：机电耦合系数Kp=0.559，压电常数d33=367 pC/N，介电常数ε=1787。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.84%、A(d33)=-0.91 %、A(ε)=-0.26 %。
3个月后：机电耦合系数Kp=0.556，压电常数d33=363 pC/N，介电常数ε=1784。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.90%、A(d33)=-1.24 %、A(ε)=-0.29 %。
1年后：机电耦合系数Kp=0.552，压电常数d33=360pC/N，介电常数ε=1780。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.97%、A(d33)=-1.26 %、A(ε)=-0.31 %。
此样品居里温度Tc=370℃。
实施例6
本发明以Pb3O4（化学纯）、ZrO2（分析纯）、TiO2（分析纯）、Nb2O5（分析纯）、Sb2O3（分析纯）和SnO2（分析纯）为原料，按照组成式Pb[(Sb2/5Nb3/5)xZryTi1-x-y]O3，其中x=0.013，y=0.47，计算各种原料的质量，称取Pb3 O4、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Sb2O3配制主体成分，再向其中加入占主体成分质量百分比1.54%的SnO2作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料4小时，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，添加7%去离子水过40目筛后压块，在790℃下利用隧道窑进行预烧，预烧后2 ~3小时再用去离子水作为球磨介质、并加入适量粘合剂、甘油、分散剂等在搅拌球磨机内进行粉碎研磨6小时，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒。造粒后的粉料在20Mpa的压力条件下干压成型，然后在1120℃的条件下通过隧道窑进行烧结。烧结2 小时后的半成品加工成Ф20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在600℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为150℃，极化电压为2500V/mm，极化时间为25分钟。放置24小时后测试其压电性能参数。然后放置10天后、1个月后、3个月后、1年后分别测试其压电性能参数。
制得的压电陶瓷主体成分组成式为Pb[(Sb2/5Nb3/5)0.013Zr0.47Ti0.517]O3，附加成分为占主体成分质量百分比1.54%的SnO2。
此样品所测得压电性能参数分别为：
24小时后：机电耦合系数Kp=0.559，压电常数d33=365 pC/N，介电常数ε=1776。
10天后：机电耦合系数Kp=0.555，压电常数d33=363 pC/N，介电常数ε=1773，十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.72%、A(d33)=-0.55 %、A(ε)=-0.17 %。
1个月后：机电耦合系数Kp=0.552，压电常数d33=360 pC/N，介电常数ε=1769。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.85%、A(d33)=-0.93 %、A(ε)=-0.27 %。
3个月后：机电耦合系数Kp=0.550，压电常数d33=358 pC/N，介电常数ε=1764。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.82%、A(d33)=-0.98 %、A(ε)=-0.35 %。
1年后：机电耦合系数Kp=0.549，压电常数d33=356 pC/N，介电常数ε=1762。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.70%、A(d33)=-0.96 %、A(ε)=-0.31 %。
此样品居里温度Tc=370℃。
实施例7
本发明以Pb3O4（化学纯）、ZrO2（分析纯）、TiO2（分析纯）、Nb2O5（分析纯）、Sb2O3（分析纯）和SnO2（分析纯）为原料，按照组成式Pb[(Sb2/5Nb3/5)xZryTi1-x-y]O3，其中x=0.015，y=0.48，计算各种原料的质量，称取Pb3 O4、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Sb2O3配制主体成分，再向其中加入占主体成分质量百分比1.63%的SnO2作为附加成分。用去离子水作为球磨介质，利用搅拌球磨机混料5小时，出料用压滤罐滤水后，利用烘箱烘干，添加8%去离子水过40目筛后压块，在780℃下利用隧道窑进行预烧，预烧后2 ~3小时再用去离子水作为球磨介质、并加入适量粘合剂、甘油、分散剂等在搅拌球磨机内进行粉碎研磨6小时，放出料浆后，利用喷雾造粒塔进行造粒。造粒后的粉料在10Mpa的压力条件下干压成型，然后在1060℃的条件下通过隧道窑进行烧结。烧结4小时后的半成品加工成Ф20×2mm的标准片，在两面涂上银电极后在900℃烤银，然后在变压器油中进行极化，极化温度为130℃，极化电压为3000V/mm，极化时间为30分钟。放置24小时后测试其压电性能参数。然后放置10天后、1个月后、3个月后、1年后分别测试其压电性能参数。
制得的压电陶瓷主体成分组成式为Pb[(Sb2/5Nb3/5)0.015Zr0.48Ti0.505]O3，附加成分为占主体成分质量百分比1.63%的SnO2。
此样品所测得压电性能参数分别为：
24小时后：机电耦合系数Kp=0.553，压电常数d33=359 pC/N，介电常数ε=1768。
10天后：机电耦合系数Kp=0.551，压电常数d33=357 pC/N，介电常数ε=1764，十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.36%、A(d33)=-0.56 %、A(ε)=-0.23 %。
1个月后：机电耦合系数Kp=0.550，压电常数d33=354 pC/N，介电常数ε=1761。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.37%、A(d33)=-0.94 %、A(ε)=-0.27 %。
3个月后：机电耦合系数Kp=0.548，压电常数d33=351 pC/N，介电常数ε=1759。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.46%、A(d33)=-1.14 %、A(ε)=-0.26 %。
1年后：机电耦合系数Kp=0.545，压电常数d33=348 pC/N，介电常数ε=1753。十倍时间老化率分别为A（Kp）=-0.57%、A(d33)=-1.20 %、A(ε)=-0.33 %。
此样品居里温度Tc=365℃。
从实施例1~7可以看出，本发明的PZT压电陶瓷在较低的烧结温度下制得后，压电陶瓷在一年的实践中的十倍时间老化率极低，与传统压电陶瓷的十倍时间老化率相比本发明产品老化率降低改变极大，说明本发明产品有利于长期使用保证使用设备的长期稳定运行。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.一种低温烧结且老化率低的PZT压电陶瓷材料，其特征在于包括主体成分和附加成分，主体成分组成式为Pb[(Sb2/5Nb3/5)xZryTi1-x-y]O3，其中0.008≤x≤0.015，0.47≤y≤0.51；附加成分为占主体成分质量百分比0.98~1.63%的SnO2。
2.根据权利要求1所述的一种低温烧结且老化率低的PZT压电陶瓷材料，其他特征在于：所述的附加成分为占主体成分质量百分比0.98~1.12%的SnO2。
3.一种根据权利要求1所述的低温烧结且老化率低的PZT压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
3.1、按组成式Pb[(Sb2/5Nb3/5)xZryTi1-x-y]O3，其中0.008≤x≤0.015，0.47≤y≤0.51中Pb、 Sb、 Nb、Zr和Ti各元素的数量比称取原料Pb3O4、Sb2O3、Nb2O5、ZrO2、TiO2进行配料，并称取占主体成分质量百分比0.98~1.63%的SnO2原料；将上述原料和去离子水加入搅拌球磨机混料3~5小时，出料用压滤罐滤水，之后烘干；
3.2、再加入占物料质量分数5~9%去离子水，过40目筛后压块，在780~820℃下利用隧道窑进行预烧2~3小时；
3.3、预烧后再进过粉碎研磨、造粒、干压成型步骤后在1060~1120℃的条件下通过隧道窑进行烧结2~4小时得半成品；半成品经烤银、极化后即得。
4.根据权利要求3所述的一种低温烧结且老化率低的PZT压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于：步骤3.3中在隧道窑中的烧结温度为1080~1100℃。
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