CN108046807A - 一种稳定的压电陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种稳定的压电陶瓷及其制备方法，该压电陶瓷，按照重量份的原料包括：碳酸锶20‑30份、氧化铅7‑15份、巯基丙酸11‑19份、邻苯二甲酸二正辛酯11‑19份、赭石1‑5份、氧化锌3‑7份、硅灰石3‑7份。将碳酸锶、氧化铅、赭石、氧化锌、硅灰石混合后研磨、加入巯基丙酸溶液加热密封搅拌处理，再加入邻苯二甲酸二正辛酯加热密封搅拌、超声、离心分离取沉淀、洗涤烘干、煅烧、冷却即得。本发明具有耐高温、耐腐蚀性能，还具有导电率高、重量轻、抗拉强度高、良好的稳定性和耐候性，高温冲击变化很小。采用本发明制成的器件，性能漂移小，失效率低，大大提高了产品的稳定性与一致性，推动了压电大功率产品的大规模应用。

Description

一种稳定的压电陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体是一种稳定的压电陶瓷及其制备方法。
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信息功能陶瓷材料-压电效应,压电陶瓷除具有压电性外，还具有介电性、弹性等，已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作，具有敏感的特性，压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等。现有的压电陶瓷材料结构稳定性差，在外部条件作用下，极易产生退极化现象，导致材料性能恶化，从而影响产品正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳定的压电陶瓷及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种稳定的压电陶瓷，按照重量份的原料包括：碳酸锶20-30份、氧化铅7-15份、巯基丙酸11-19份、邻苯二甲酸二正辛酯11-19份、赭石1-5份、氧化锌3-7份、硅灰石3-7份。
作为本发明进一步的方案：所述稳定的压电陶瓷，按照重量份的原料包括：碳酸锶22-28份、氧化铅9-13份、巯基丙酸13-17份、邻苯二甲酸二正辛酯13-17份、赭石2-4份、氧化锌4-6份、硅灰石4-6份。
作为本发明进一步的方案：所述稳定的压电陶瓷，按照重量份的原料包括：碳酸锶25份、氧化铅11份、巯基丙酸15份、邻苯二甲酸二正辛酯15份、赭石3份、氧化锌5份、硅灰石5份。
一种稳定的压电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)将巯基丙酸与其质量6-8倍的去离子水混合，制得巯基丙酸溶液；
2)将碳酸锶、氧化铅、赭石、氧化锌、硅灰石混合后研磨、过120-150目筛，然后加入巯基丙酸溶液，升温至102℃，并在该温度下密封搅拌处理1.8-2h，制得混合物A；
3)将邻苯二甲酸二正辛酯置入混合物A中，升温至128℃，并在该温度下密封搅拌处理1-1.2h，然后停止加热并超声处理35min，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物C；
4)将混合物C在1020℃的温度下煅烧6h，冷却即得硅化锆基压电陶瓷。
作为本发明进一步的方案：步骤2)中，搅拌速度为220r/min。
作为本发明进一步的方案：步骤3)中，搅拌速度为180r/min。
作为本发明进一步的方案：步骤3)中，超声功率为700W。
作为本发明进一步的方案：步骤3)中，离心转速为14000r/min，离心时间为30min。
本发明另一目的是提供上述硅化锆基压电陶瓷在压电大功率产品中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用碳酸锶、氧化铅、巯基丙酸、邻苯二甲酸二正辛酯、赭石、氧化锌、硅灰石及上述制备工艺制得的压电陶瓷，各原料间经上述工艺灯产生了协同作用，具有耐高温、耐腐蚀性能，还具有导电率高、重量轻、抗拉强度高(560MPa以上)、良好的稳定性和耐候性，高温冲击变化很小。采用本发明制成的器件，性能漂移小，失效率低，大大提高了产品的稳定性与一致性，推动了压电大功率产品的大规模应用。本发明制备工艺简单，易于控制操作，适于工业化生产。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中，一种稳定的压电陶瓷，包括以下原料：碳酸锶20kg、氧化铅7kg、巯基丙酸11kg、邻苯二甲酸二正辛酯11kg、赭石1kg、氧化锌3kg、硅灰石3kg。
将巯基丙酸与其质量6倍的去离子水混合，制得巯基丙酸溶液。将碳酸锶、氧化铅、赭石、氧化锌、硅灰石混合后研磨、过120目筛，然后加入巯基丙酸溶液，升温至102℃，并在该温度下密封搅拌处理1.8h，搅拌速度为220r/min，制得混合物A。将邻苯二甲酸二正辛酯置入混合物A中，升温至128℃，并在该温度下密封搅拌处理1h，搅拌速度为180r/min，然后停止加热并超声处理35min，超声功率为700W，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物C；离心转速为14000r/min，离心时间为30min。将混合物C在1020℃的温度下煅烧6h，冷却即得硅化锆基压电陶瓷。
实施例2
本发明实施例中，一种稳定的压电陶瓷，包括以下原料：碳酸锶30kg、氧化铅15kg、巯基丙酸19kg、邻苯二甲酸二正辛酯19kg、赭石5kg、氧化锌7kg、硅灰石7kg。
将巯基丙酸与其质量8倍的去离子水混合，制得巯基丙酸溶液。将碳酸锶、氧化铅、赭石、氧化锌、硅灰石混合后研磨、过150目筛，然后加入巯基丙酸溶液，升温至102℃，并在该温度下密封搅拌处理2h，搅拌速度为220r/min，制得混合物A。将邻苯二甲酸二正辛酯置入混合物A中，升温至128℃，并在该温度下密封搅拌处理1.2h，搅拌速度为180r/min，然后停止加热并超声处理35min，超声功率为700W，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物C；离心转速为14000r/min，离心时间为30min。将混合物C在1020℃的温度下煅烧6h，冷却即得硅化锆基压电陶瓷。
实施例3
本发明实施例中，一种稳定的压电陶瓷，包括以下原料：碳酸锶22kg、氧化铅9kg、巯基丙酸13kg、邻苯二甲酸二正辛酯13kg、赭石2kg、氧化锌4kg、硅灰石4kg。
将巯基丙酸与其质量7倍的去离子水混合，制得巯基丙酸溶液。将碳酸锶、氧化铅、赭石、氧化锌、硅灰石混合后研磨、过150目筛，然后加入巯基丙酸溶液，升温至102℃，并在该温度下密封搅拌处理1.9h，搅拌速度为220r/min，制得混合物A。将邻苯二甲酸二正辛酯置入混合物A中，升温至128℃，并在该温度下密封搅拌处理1.1h，搅拌速度为180r/min，然后停止加热并超声处理35min，超声功率为700W，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物C；离心转速为14000r/min，离心时间为30min。将混合物C在1020℃的温度下煅烧6h，冷却即得硅化锆基压电陶瓷。
实施例4
本发明实施例中，一种稳定的压电陶瓷，包括以下原料：碳酸锶28kg、氧化铅13kg、巯基丙酸17kg、邻苯二甲酸二正辛酯17kg、赭石4kg、氧化锌6kg、硅灰石6kg。
将巯基丙酸与其质量7倍的去离子水混合，制得巯基丙酸溶液。将碳酸锶、氧化铅、赭石、氧化锌、硅灰石混合后研磨、过150目筛，然后加入巯基丙酸溶液，升温至102℃，并在该温度下密封搅拌处理1.9h，搅拌速度为220r/min，制得混合物A。将邻苯二甲酸二正辛酯置入混合物A中，升温至128℃，并在该温度下密封搅拌处理1.1h，搅拌速度为180r/min，然后停止加热并超声处理35min，超声功率为700W，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物C；离心转速为14000r/min，离心时间为30min。将混合物C在1020℃的温度下煅烧6h，冷却即得硅化锆基压电陶瓷。
实施例5
本发明实施例中，一种稳定的压电陶瓷，包括以下原料：碳酸锶25kg、氧化铅11kg、巯基丙酸15kg、邻苯二甲酸二正辛酯15kg、赭石3kg、氧化锌5kg、硅灰石5kg。
将巯基丙酸与其质量7倍的去离子水混合，制得巯基丙酸溶液。将碳酸锶、氧化铅、赭石、氧化锌、硅灰石混合后研磨、过150目筛，然后加入巯基丙酸溶液，升温至102℃，并在该温度下密封搅拌处理1.9h，搅拌速度为220r/min，制得混合物A。将邻苯二甲酸二正辛酯置入混合物A中，升温至128℃，并在该温度下密封搅拌处理1.1h，搅拌速度为180r/min，然后停止加热并超声处理35min，超声功率为700W，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物C；离心转速为14000r/min，离心时间为30min。将混合物C在1020℃的温度下煅烧6h，冷却即得硅化锆基压电陶瓷。
对比例1
除不含有巯基丙酸外，其原料及制备工艺与实施例5一致。
对比例2
只有碳酸锶、氧化铅，其制备工艺与实施例5一致。
对比例3
只有碳酸锶、氧化铅、巯基丙酸，其制备工艺与实施例5一致。
对比例4
将各原料直接混合，加入实施例5添加的其它物质，升温至128℃，并在该温度下密封搅拌处理1.1h，搅拌速度为180r/min，然后停止加热并超声处理35min，超声功率为700W，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物C；离心转速为14000r/min，离心时间为30min。将混合物C在1020℃的温度下煅烧6h，冷却即得。各原料的添加量与实施例5一致。
实施例6
对实施例1-5及对比例1-4所测得的性能结果如表1所示。
表1
介电常数 压电系数d33(Pc/N) 耐压强度(kV/mm)
实施例1 5900 798 2.21
实施例2 6000 785 2.35
实施例3 6300 818 2.61
实施例4 6500 825 2.71
实施例5 6600 837 2.79
对比例1 2300 341 1.04
对比例2 1100 172 0.56
对比例3 1400 235 0.65
对比例4 2100 258 1.15
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种稳定的压电陶瓷，其特征在于，按照重量份的原料包括：碳酸锶20-30份、氧化铅7-15份、巯基丙酸11-19份、邻苯二甲酸二正辛酯11-19份、赭石1-5份、氧化锌3-7份、硅灰石3-7份。
2.根据权利要求1所述的稳定的压电陶瓷，其特征在于，按照重量份的原料包括：碳酸锶22-28份、氧化铅9-13份、巯基丙酸13-17份、邻苯二甲酸二正辛酯13-17份、赭石2-4份、氧化锌4-6份、硅灰石4-6份。
3.根据权利要求1所述的稳定的压电陶瓷，其特征在于，按照重量份的原料包括：碳酸锶25份、氧化铅11份、巯基丙酸15份、邻苯二甲酸二正辛酯15份、赭石3份、氧化锌5份、硅灰石5份。
4.一种如权利要求1-3任一所述的稳定的压电陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将巯基丙酸与其质量6-8倍的去离子水混合，制得巯基丙酸溶液；
2）将碳酸锶、氧化铅、赭石、氧化锌、硅灰石混合后研磨、过120-150目筛，然后加入巯基丙酸溶液，升温至102℃，并在该温度下密封搅拌处理1.8-2h，制得混合物A；
3）将邻苯二甲酸二正辛酯置入混合物A中，升温至128℃，并在该温度下密封搅拌处理1-1.2h，然后停止加热并超声处理35min，离心分离取沉淀、洗涤烘干即得混合物C；
4）将混合物C在1020℃的温度下煅烧6h，冷却即得硅化锆基压电陶瓷。
5.根据权利要求4所述的稳定的压电陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤2）中，搅拌速度为220r/min。
6.根据权利要求4所述的稳定的压电陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤3）中，搅拌速度为180r/min。
7.根据权利要求4所述的稳定的压电陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤3）中，超声功率为700W。
8.根据权利要求4所述的稳定的压电陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤3）中，离心转速为14000r/min，离心时间为30min。
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