CN1059185C - 掺镧铌镁酸铅基电致伸缩陶瓷材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及掺镧铌镁酸铅基电致伸缩陶瓷材料，属于电致伸缩陶瓷领域。其特征在于镧元素掺杂取代铅，组成通式为：
YPb1-xLaxMg1/3Nb2/3O3-(1-Y)PbTiO3
X为La的掺杂克分子量，0＜X≤0.1，Y为铌镁酸铅镧的克分子量，0.80≤Y＜1，本发明提供的二元系电致伸缩陶瓷应变明显增加，而制备工艺与一般电子陶瓷工艺相雷同。

Description

掺镧铌镁酸铅基电致伸缩陶瓷材料
本发明涉及的是铌镁酸铅基电致伸缩陶瓷材料，特别是铌镁酸铅和钛酸铅组成的电致伸缩陶瓷材料，属于电致伸缩陶瓷材料组成。
电致伸缩材料是一类具有扩散相变特征的铁电材料。所谓电致伸缩效应是指电场引起的伸缩形变现象，是固体介质在外电场作用下诱导极化而出现的一种物理现象。
电致伸缩应变S(ΔL/L)与电致伸缩系数M和电场强度E的平方成正比，即8＝ME2。早在本世纪70年代末人们已发现铌镁酸铅Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(简写为PMN)具有典型的铁电一顺电扩散相变，因而具有明显的电致伸缩现象。但因纯PMN的居里温度(Tc)较低(-20℃)，欲在高温下使用尚需改性，因而出现了以PMN为基的改性研究，其中0.9Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.1PbTiO3是较早发现具有的电致伸缩效应的陶瓷。在1KV/mm场强时，室温下应变量可达(0.82-0.87)×10-3，但滞后大作为电控位移驱动器实用性方面尚存在问题。
本发明的目的在于提供一种新的电致伸缩陶瓷材料，它具有电致应变大，滞后小，响应快特点。
本发明的目的是通过镧(La)元素掺杂置换铌镁酸铅中的铅，与钛酸铅组成新的电致伸缩陶瓷材料。La的掺杂不仅可避免对介电性能不利的焦绿石相的出现，而且使材料显微结构均匀，从而具有优良的电致伸缩性能。
具体地说，本发明提供的掺镧铌镁酸铅基电致伸缩陶瓷材 料通式为YPb1-XLaX(Mg1/3Nb2/3)O3-(1-Y)PbTiO3
式中X为La的掺杂量，0≤X≤0.1
    Y为铌镁酸铅镧的克分子量，0.8≤Y＜1
铌镁酸铅基陶瓷随钛酸铅加入量的增加，居里温度升高而La掺杂替代Pb会降低居里温度。适量La元素掺入可阻止晶粒异常长大，使晶粒大小趋于均匀有利于稳定制备性能一致的电致伸缩材料。但La掺杂量不应过多，否则导致焦绿石相出现而且过份抑制晶粒生长，使材料的介电和电致伸缩性能下降。
掺La的PMN-PT材料与目前使用0.9PMN-0.1PT材料相比，电致伸缩应变明显增加。
本发明提供的掺La的PMN-PT材料按一般电致伸缩陶瓷工艺制备。
首先合成MgNb2O6，合成温度为1000℃，保温6小时；
(2)将合成的MgNb2O6粉末，与PbO，La2O3，TiO2粉末按YPb1-XLaXMg1/3Nb2/3O3-(1-Y)PbTiO3比例加水球磨混料16小时烘干过筛并干压成块于850℃合成2小时。
(3)合成后的料再次细磨，烘干过筛加入0.5wt％的PVA粘结剂冷压成园片，在1150-1250℃烧成。
本发明提供的材料与现有未掺La的0.9PMN-0.1PT材料具有如下优点：
(1)在相同电场(1KV/mm)下应变值明显增加且滞后小；
(2)La的掺杂可使材料的介温曲线，在居里温度附近较为平坦，从而使材料的温度稳定性提高；
(3)La的掺杂抑制晶粒异常长大，有利于制备性能稳定的电 致伸缩陶瓷材料。
本发明实施例1～8的配方及其性能均列于表1，其制备方法如上所述的一般工艺制备。
图1为0.82Pb1-XaXMg1/3Nb2/3O3-0.18PbTiO3陶瓷，经1200℃烧结的介温曲线，曲线1 X＝0；曲线2 X＝0.02；曲线3 X＝0.03
横座标为温度(℃)，纵座标为介电常数K。由图可看出，随La的加入量增加，介温谱中的介电蜂随温度变化越平坦，因此材料的温度稳定性提高。
图2为表1中组成7的电致应变曲线，滞后小，具有良好的电致伸缩性能。
编号           组  成 中心居里点 介电常数峰值   损耗 应变(1KV/mm)   滞后
    X     Y   Tc(℃)     Kmax  tgδ(％)     S×10-3  ΔSm/Sm(％)
    1     0     0.85     74.2     24685     9.1     1.0     56
2 0.01 0.85 45.3 16300 12.4 0.94 6.6
3 0.02 0.85 23 15900 6.1 0.6 2.9
4 0 0.82 92.7 29000 4.9 1.2 60
    5     0.01     0.82     62.5     28480     7.8     1.3     45
    6     0.015     0.82     53.7     26400     9.3     1.2     10.2
    7     0.02     0.82     44.5     25000     7.0     0.94     4.4
    8     0.03     0.82     30.5     18500     4.7     0.55     1.4

Claims (4)

1、一种以铌镁酸铅为基的电致伸缩的陶瓷材料，其特征在于镧元素掺杂取代铅，组成为：
    YPb1-XLaXMg1/3Nb2/3O3--(1-Y)PbTiO3
其中X为La的掺杂克分子量0＜X≤0.1
    Y为铌镁酸铅镧的克分子量，0.80≤Y＜1
2、按权利要求1所述的电致伸缩陶瓷材料，其特征在于所述的La的掺杂量为0.01克分子，铌镁酸铅镧为0.85克分子组成为：
    0.85Pb0.99La0.01Mg1/3Nb2/3O3-0.15PbTiO3
3、按权利要求1所述的电致伸缩陶瓷材料，其特征在于所述的La的掺杂量0.02克分子；铌镁酸铅镧为0.85克分子，组成为：
    0.85Pb0.98La0.02Mg1/3Nb2/3O3-0.15PbTiO3
4、按权利要求1所述的电致伸缩陶瓷材料，其特征在于所述的La掺杂克分子量分别为0.01，0.015，0.02，0.03，铌镁酸铅镧的克分子量为0.82，组成分别为：
    0.82Pb0.99La0.01Mg1/3Nb2/3O3-0.18PbTiO3
    0.82Pb0.985La0.015Mg1/3Nb2/3O3-0.18PbTiO3
    0.82Pb0.98La0.02Mg1/3Nb2/3O3-0.18PbTiO3
    0.82Pb0.97La0.03Mg1/3Nb2/3O3-0.18PbTiO3
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