CN103508721A - 一种超声电机用压电陶瓷的制备方法 - Google Patents

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杨忠辉
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Abstract

本发明公开了一种超声电机用压电陶瓷的制备方法，包括步骤：原料准备，粉料制作，挤压成型，烧结，加工，切片，研磨，清洗，电极制作，极化，成品。本发明通过将陶瓷原料混合，挤压成型，烧结后制成陶瓷坯体，对进行电极制作及极化处理，使得陶瓷能够在电激励下产生的微观变形通过共振放大和磨擦耦合转换为宏观的机械运动，实现压电功效，本发明工艺简单，制作成本低廉，且所用材料环保科学，有利于环境的保护，便于工业化生产。

Description

一种超声电机用压电陶瓷的制备方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷的制备方法，是一种超声电机用压电陶瓷的制备方法。
背景技术
压电与铁电陶瓷作为一种重要的电、力、热、光敏感功能材料, 已经在传感器、超声换能器、微位移器和其它电子元器件等方面有着广泛的应用[ 2-8] . 目前, 使用的压电陶瓷主要以Pb( ZrxT i1-x )O3 ( PZT )为基材料, 其压电性能大大优越于其它压电陶瓷材料,而且可以通过掺杂改性和工艺控制在很大的范围内调节材料的电学和物理特性, 以满足各种应用需求.然而, 目前获得工业应用的压电、铁电陶瓷, 包括弛豫铁电陶瓷, 主要是含铅陶瓷, 其中氧化铅的含量约占材料总质量的60% 以上. 见,含铅压电陶瓷材料, 在材料加工过程、储运、元件制造、使用及其废弃物处理过程中, 都容易对环境和人类造成严重危害。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种环保且生产工艺简单的压电陶瓷的制备方法。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所述的一种超声电机用压电陶瓷的制备方法，该制备方法包括以下步骤:
(a)原料准备：选用高岭土，氧化铝，二氧化硅以及纯度为98%的Pb3O4 和98.5%的 TiO2为原料；
(b)粉料制作：采用陶瓷球磨机对上述原料作球磨处理，处理时间为2-3h,陶瓷粉末最大粒径小于1.0微米，再采用LD-A型混合机对上述原料进行搅拌，还可加入多元醇溶剂，搅拌时间为90-130min；
(c)成型：将粉末混合物放入活塞挤出机，经其挤出后注入成型模具定型，经120-135℃烘干，烘干时间为40-70min，烘干为成型陶瓷坯体；
(d)烧结：将坯体放入石墨坩埚内，以30-45℃/min的速率升温至1300℃，烧结时间为1-2h，然后以40-50℃/min的速率将温度降至15-20℃；
(e)切片：采用陶瓷切片器对陶瓷坯体作切片处理，将其切成一定形状；
(f)研磨：采用陶瓷研磨机对切片后的陶瓷坯体作研磨处理；
(h)清洗：用清水清洗研磨后的陶瓷表面；
(i)电极制作：将陶瓷坯体与铜在1050-1300℃的大气环境下烧结1-2h，陶瓷坯体烧上铜电极；
(j)极化：在2.5-4KV/mm的直流磁场下，将烧上铜电极的陶瓷坯体浸入120-135℃的硅油中进行极化，极化时间为30-45min；
(k)测试：d33用准静态d33测量仪测量, kp用HP4194A阻抗分析仪通过谐振- 反谐振法量,HP4278LCR仪测得样品在1 kH z时的介电的温度特性. 用Philip 公司X 射线衍射仪
对陶瓷烧结试样进行XRD 分析；
(l)成品：将合格的产品包装好。
所述步骤(b)的球磨为采用玛瑙球为球磨子。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过将陶瓷原料混合，挤压成型，烧结后制成陶瓷坯体，对进行电极制作及极化处理，使得陶瓷能够在电激励下产生的微观变形通过共振放大和磨擦耦合转换为宏观的机械运动，实现压电功效，本发明工艺简单，制作成本低廉，且所用材料环保科学，有利于环境的保护，便于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1：
(a)原料准备：选用高岭土，氧化铝，二氧化硅以及纯度为98%的Pb3O4 和98.5%的 TiO2为原料；
(b)粉料制作：采用陶瓷球磨机对上述原料作球磨处理，处理时间为2h,陶瓷粉末最大粒径小于1.0微米，再采用LD-A型混合机对上述原料进行搅拌，还可加入多元醇溶剂，搅拌时间为90min；
(c)成型：将粉末混合物放入活塞挤出机，经其挤出后注入成型模具定型，经120℃烘干，烘干时间为40min，烘干为成型陶瓷坯体；
(d)烧结：将坯体放入石墨坩埚内，以30℃/min的速率升温至1300℃，烧结时间为1h，然后以40℃/min的速率将温度降至15℃；
(e)切片：采用陶瓷切片器对陶瓷坯体作切片处理，将其切成一定形状；
(f)研磨：采用陶瓷研磨机对切片后的陶瓷坯体作研磨处理；
(h)清洗：用清水清洗研磨后的陶瓷表面；
(i)电极制作：将陶瓷坯体与铜在1050℃的大气环境下烧结1h，陶瓷坯体烧上铜电极；
(j)极化：在2.5KV/mm的直流磁场下，将烧上铜电极的陶瓷坯体浸入120℃的硅油中进行极化，极化时间为30min；
(k)测试：d33用准静态d33测量仪测量, kp用HP4194A阻抗分析仪通过谐振- 反谐振法量,HP4278LCR仪测得样品在1 kH z时的介电的温度特性. 用Philip 公司X 射线衍射仪
对陶瓷烧结试样进行XRD 分析；
(l)成品：将合格的产品包装好。
实施例2：
(a)原料准备：选用高岭土，氧化铝，二氧化硅以及纯度为98%的Pb3O4 和98.5%的 TiO2为原料；
(b)粉料制作：采用陶瓷球磨机对上述原料作球磨处理，处理时间为2.5h,陶瓷粉末最大粒径小于1.0微米，再采用LD-A型混合机对上述原料进行搅拌，还可加入多元醇溶剂，搅拌时间为105min；
(c)成型：将粉末混合物放入活塞挤出机，经其挤出后注入成型模具定型，经128℃烘干，烘干时间为58min，烘干为成型陶瓷坯体；
(d)烧结：将坯体放入石墨坩埚内，以39℃/min的速率升温至1300℃，烧结时间为1-2h，然后以45℃/min的速率将温度降至18℃；
(e)切片：采用陶瓷切片器对陶瓷坯体作切片处理，将其切成一定形状；
(f)研磨：采用陶瓷研磨机对切片后的陶瓷坯体作研磨处理；
(h)清洗：用清水清洗研磨后的陶瓷表面；
(i)电极制作：将陶瓷坯体与铜在1200℃的大气环境下烧结1-2h，陶瓷坯体烧上铜电极；
(j)极化：在3.2KV/mm的直流磁场下，将烧上铜电极的陶瓷坯体浸入128℃的硅油中进行极化，极化时间为38min；
(k)测试：d33用准静态d33测量仪测量, kp用HP4194A阻抗分析仪通过谐振- 反谐振法量,HP4278LCR仪测得样品在1 kH z时的介电的温度特性. 用Philip 公司X 射线衍射仪
对陶瓷烧结试样进行XRD 分析；
(l)成品：将合格的产品包装好。
实施例3
(a)原料准备：选用高岭土，氧化铝，二氧化硅以及纯度为98%的Pb3O4 和98.5%的 TiO2为原料；
(b)粉料制作：采用陶瓷球磨机对上述原料作球磨处理，处理时间为3h,陶瓷粉末最大粒径小于1.0微米，再采用LD-A型混合机对上述原料进行搅拌，还可加入多元醇溶剂，搅拌时间为130min；
(c)成型：将粉末混合物放入活塞挤出机，经其挤出后注入成型模具定型，经135℃烘干，烘干时间为70min，烘干为成型陶瓷坯体；
(d)烧结：将坯体放入石墨坩埚内，以45℃/min的速率升温至1300℃，烧结时间为2h，然后以50℃/min的速率将温度降至20℃；
(e)切片：采用陶瓷切片器对陶瓷坯体作切片处理，将其切成一定形状；
(f)研磨：采用陶瓷研磨机对切片后的陶瓷坯体作研磨处理；
(h)清洗：用清水清洗研磨后的陶瓷表面；
(i)电极制作：将陶瓷坯体与铜在1300℃的大气环境下烧结2h，陶瓷坯体烧上铜电极；
(j)极化：在4KV/mm的直流磁场下，将烧上铜电极的陶瓷坯体浸入135℃的硅油中进行极化，极化时间为45min；
(k)测试：d33用准静态d33测量仪测量, kp用HP4194A阻抗分析仪通过谐振- 反谐振法量,HP4278LCR仪测得样品在1 kH z时的介电的温度特性. 用Philip 公司X 射线衍射仪
对陶瓷烧结试样进行XRD 分析；
(l)成品：将合格的产品包装好。

Claims (2)

1.一种超声电机用压电陶瓷的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤:
(a)原料准备：选用高岭土，氧化铝，二氧化硅以及纯度为98%的Pb3O4 和98.5%的 TiO2为原料；
(b)粉料制作：采用陶瓷球磨机对上述原料作球磨处理，处理时间为2-3h,陶瓷粉末最大粒径小于1.0微米，再采用LD-A型混合机对上述原料进行搅拌，还可加入多元醇溶剂，搅拌时间为90-130min；
(c)成型：将粉末混合物放入活塞挤出机，经其挤出后注入成型模具定型，经120-135℃烘干，烘干时间为40-70min，烘干为成型陶瓷坯体；
(d)烧结：将坯体放入石墨坩埚内，以30-45℃/min的速率升温至1300℃，烧结时间为1-2h，然后以40-50℃/min的速率将温度降至15-20℃；
(e)切片：采用陶瓷切片器对陶瓷坯体作切片处理，将其切成一定形状；
(f)研磨：采用陶瓷研磨机对切片后的陶瓷坯体作研磨处理；
(h)清洗：用清水清洗研磨后的陶瓷表面；
(i)电极制作：将陶瓷坯体与铜在1050-1300℃的大气环境下烧结1-2h，陶瓷坯体烧上铜电极；
(j)极化：在2.5-4KV/mm的直流磁场下，将烧上铜电极的陶瓷坯体浸入120-135℃的硅油中进行极化，极化时间为30-45min；
(k)测试：d33用准静态d33测量仪测量, kp用HP4194A阻抗分析仪通过谐振- 反谐振法量,HP4278LCR仪测得样品在1 kH z时的介电的温度特性. 用Philip 公司X 射线衍射仪
对陶瓷烧结试样进行XRD 分析；
(l)成品：将合格的产品包装好。
2.根据权利要求1所述的一种超声电极用压电陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(b)的球磨为采用玛瑙球为球磨子。
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