CN109320242A - 一种压电变压器用陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压电变压器用陶瓷材料及其制备方法，属于变压器材料技术领域。该陶瓷材料是以PZT粉体和碳化硅为基体，由以下重量份数的原料组成：PZT粉体40‑70份、碳化硅20‑30份、氧化铜5‑12份、硼酸镁3‑10份、氟化钙2‑8份；其中，所述的PZT粉体是以四氯化钛、醋酸铅和氧氯化锆为主原料制得的锆钛酸铅超细粉体。通过将上述组分分散混匀，再添加无水乙醇经过湿法球磨、干燥、烧结以及压制成型等步骤，即可制得压电陶瓷材料。本发明以PTZ粉体和碳化硅为主体，通过加入硼酸镁组分，并在与氧化铜、氟化钙等组分的复配作用下，可以制得具有高强度、高介电常数、高压电常数以及高机电耦合系数的压电陶瓷材料，其综合性能强、稳定性高，很适合应用于压电变压器中。
Description
技术领域
本发明涉及变压器材料技术领域，具体是一种压电变压器用陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
压电变压器，是属于第三代电子变压器，相比于传统的线绕电磁变压器，具有体积小、重量轻、高升压比、抗干扰性强、转换效率高等优点，可以被广泛地应用于液晶显示背景光源、静电复印机、计算机和高压电源等领域。而压电变压器拥有这些特点的原因就是在于其采用的是具有压电性和介电性的陶瓷材料。
不过，现有技术中的压电陶瓷材料的压电性能一般，且强度较低、稳定性较差，无法满足一些变压器的要求，导致其在压电变压器的应用受到了一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拥有良好压电性能和高强度的压电变压器用陶瓷材料及其制备方法，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：
一种压电变压器用陶瓷材料，以PZT粉体和碳化硅为基体，是由以下重量份数的原料组成：PZT粉体40-70份、碳化硅20-30份、氧化铜5-12份、硼酸镁3-10份、氟化钙2-8份；所述的PZT粉体是以四氯化钛、醋酸铅和氧氯化锆为主原料制得的锆钛酸铅超细粉体。
作为本发明进一步的方案，一种压电变压器用陶瓷材料，由以下重量份数的原料组成：PZT粉体50-60份、碳化硅23-28份、氧化铜7-10份、硼酸镁5-8份、氟化钙3-6份。
作为本发明再进一步的方案，一种压电变压器用陶瓷材料，由以下重量份数的原料组成：PZT粉体56份、碳化硅24份、氧化铜8份、硼酸镁7份、氟化钙5份。
作为本发明再进一步的方案，所述的碳化硅为碳化硅晶须，所述的硼酸镁为硼酸镁晶须。
作为本发明再进一步的方案，所述的氟化钙为氟化钙的超细粉体，其平均粒度为20-60nm。
上述的压电变压器用陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述各组分的重量份进行配料，进行初步分散混合；
(2)将混合后的原料和无水乙醇一起放置于聚乙烯球磨机内进行球磨，球磨时间为10-20小时；
(3)球磨后，将得到的料浆放在电热鼓风干燥箱中进行干燥，并过筛得到料粒，然后再将料粒制成坯料；
(4)接着将上述坯料放进烧结炉中，并升温至800-1000℃进行预烧结处理2-5h；
(5)最后将预烧结处理后的坯料加入适量的聚乙烯醇缩丁醛压制成型，再放进烧结炉中，并升温至1400-1500℃进行烧结处理2-5h后，自然冷却，即可得到压电陶瓷材料。
作为本发明再进一步的方案，所述步骤(2)的无水乙醇与原料和球磨机的体积比为1:(0.8-1.5):(2:3)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明以PTZ粉体和碳化硅为主体，通过加入硼酸镁组分，并在与氧化铜、氟化钙等组分的复配作用下，可以制得具有高强度、高介电常数、高压电常数以及高机电耦合系数的压电陶瓷材料，其综合性能强、稳定性高，很适合应用于压电变压器中。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种压电变压器用陶瓷材料，以PZT粉体和碳化硅为基体，是由以下重量份数的原料组成：PZT粉体70份、碳化硅20份、氧化铜5份、硼酸镁3份、氟化钙2份。
其中，所述的PZT粉体是以四氯化钛、醋酸铅和氧氯化锆为主原料制得的锆钛酸铅超细粉体；所述的碳化硅为碳化硅晶须，所述的硼酸镁为硼酸镁晶须；所述的氟化钙为氟化钙的超细粉体，其平均粒度为20nm。
上述的压电变压器用陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述各组分的重量份进行配料，进行初步分散混合；
(2)将混合后的原料和无水乙醇一起放置于聚乙烯球磨机内进行球磨，球磨时间为10小时，其中，无水乙醇与原料和球磨机的体积比为1:0.8:2；
(3)球磨后，将得到的料浆放在电热鼓风干燥箱中进行干燥，并过筛得到料粒，然后再将料粒制成坯料；
(4)接着将上述坯料放进烧结炉中，并升温至800℃进行预烧结处理2h；
(5)最后将预烧结处理后的坯料加入适量的聚乙烯醇缩丁醛压制成型，再放进烧结炉中，并升温至1400℃进行烧结处理2h后，自然冷却，即可得到压电陶瓷材料。
实施例2
一种压电变压器用陶瓷材料，以PZT粉体和碳化硅为基体，是由以下重量份数的原料组成：PZT粉体40份、碳化硅30份、氧化铜12份、硼酸镁10份、氟化钙8份。
其中，所述的PZT粉体是以四氯化钛、醋酸铅和氧氯化锆为主原料制得的锆钛酸铅超细粉体；所述的碳化硅为碳化硅晶须，所述的硼酸镁为硼酸镁晶须；所述的氟化钙为氟化钙的超细粉体，其平均粒度为60nm。
上述的压电变压器用陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述各组分的重量份进行配料，进行初步分散混合；
(2)将混合后的原料和无水乙醇一起放置于聚乙烯球磨机内进行球磨，球磨时间为20小时，其中，无水乙醇与原料和球磨机的体积比为1:1.5:3；
(3)球磨后，将得到的料浆放在电热鼓风干燥箱中进行干燥，并过筛得到料粒，然后再将料粒制成坯料；
(4)接着将上述坯料放进烧结炉中，并升温至1000℃进行预烧结处理5h；
(5)最后将预烧结处理后的坯料加入适量的聚乙烯醇缩丁醛压制成型，再放进烧结炉中，并升温至1500℃进行烧结处理5h后，自然冷却，即可得到压电陶瓷材料。
实施例3
一种压电变压器用陶瓷材料，以PZT粉体和碳化硅为基体，是由以下重量份数的原料组成：PZT粉体60份、碳化硅23份、氧化铜7份、硼酸镁5份、氟化钙3份。
其中，所述的PZT粉体是以四氯化钛、醋酸铅和氧氯化锆为主原料制得的锆钛酸铅超细粉体；所述的碳化硅为碳化硅晶须，所述的硼酸镁为硼酸镁晶须；所述的氟化钙为氟化钙的超细粉体，其平均粒度为40nm。
上述的压电变压器用陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述各组分的重量份进行配料，进行初步分散混合；
(2)将混合后的原料和无水乙醇一起放置于聚乙烯球磨机内进行球磨，球磨时间为15小时，其中，无水乙醇与原料和球磨机的体积比为1:1:2；
(3)球磨后，将得到的料浆放在电热鼓风干燥箱中进行干燥，并过筛得到料粒，然后再将料粒制成坯料；
(4)接着将上述坯料放进烧结炉中，并升温至850℃进行预烧结处理3h；
(5)最后将预烧结处理后的坯料加入适量的聚乙烯醇缩丁醛压制成型，再放进烧结炉中，并升温至1480℃进行烧结处理4h后，自然冷却，即可得到压电陶瓷材料。
实施例4
一种压电变压器用陶瓷材料，以PZT粉体和碳化硅为基体，是由以下重量份数的原料组成：PZT粉体50份、碳化硅28份、氧化铜10份、硼酸镁8份、氟化钙6份。
其中，所述的PZT粉体是以四氯化钛、醋酸铅和氧氯化锆为主原料制得的锆钛酸铅超细粉体；所述的碳化硅为碳化硅晶须，所述的硼酸镁为硼酸镁晶须；所述的氟化钙为氟化钙的超细粉体，其平均粒度为20-60nm。
上述的压电变压器用陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述各组分的重量份进行配料，进行初步分散混合；
(2)将混合后的原料和无水乙醇一起放置于聚乙烯球磨机内进行球磨，球磨时间为15小时，其中，无水乙醇与原料和球磨机的体积比为1:1:2；
(3)球磨后，将得到的料浆放在电热鼓风干燥箱中进行干燥，并过筛得到料粒，然后再将料粒制成坯料；
(4)接着将上述坯料放进烧结炉中，并升温至850℃进行预烧结处理3h；
(5)最后将预烧结处理后的坯料加入适量的聚乙烯醇缩丁醛压制成型，再放进烧结炉中，并升温至1480℃进行烧结处理4h后，自然冷却，即可得到压电陶瓷材料。
实施例5
一种压电变压器用陶瓷材料，以PZT粉体和碳化硅为基体，是由以下重量份数的原料组成：PZT粉体56份、碳化硅24份、氧化铜8份、硼酸镁7份、氟化钙5份。
其中，所述的PZT粉体是以四氯化钛、醋酸铅和氧氯化锆为主原料制得的锆钛酸铅超细粉体；所述的碳化硅为碳化硅晶须，所述的硼酸镁为硼酸镁晶须；所述的氟化钙为氟化钙的超细粉体，其平均粒度为20-60nm。
上述的压电变压器用陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述各组分的重量份进行配料，进行初步分散混合；
(2)将混合后的原料和无水乙醇一起放置于聚乙烯球磨机内进行球磨，球磨时间为15小时，其中，无水乙醇与原料和球磨机的体积比为1:1:2；
(3)球磨后，将得到的料浆放在电热鼓风干燥箱中进行干燥，并过筛得到料粒，然后再将料粒制成坯料；
(4)接着将上述坯料放进烧结炉中，并升温至850℃进行预烧结处理3h；
(5)最后将预烧结处理后的坯料加入适量的聚乙烯醇缩丁醛压制成型，再放进烧结炉中，并升温至1480℃进行烧结处理4h后，自然冷却，即可得到压电陶瓷材料。
对比例1
除不含有硼酸镁组分，其他组分及其含量和制备方法与实施例5相同。
对比例2
除不含有氟化钙组分，其余组分及其含量和制备方法与实施例5相同。
对比例3
用实施例5对应的组分及其含量，按照下述的步骤制备：
(1)按实施例5各组分的重量份进行配料，进行初步分散混合；
(2)将混合后的原料放置于聚乙烯球磨机内进行球磨，球磨时间为15小时；
(3)球磨后，过筛得到料粒，然后再将料粒制成坯料；
(4)接着将上述坯料放进烧结炉中，并升温至850℃进行预烧结处理3h；
(5)最后将预烧结处理后的坯料加入适量的聚乙烯醇缩丁醛压制成型，再放进烧结炉中，并升温至1480℃进行烧结处理4h后，自然冷却，即可得到压电陶瓷材料。
将上述实施例1-5和对比例1-3制得的压电变压器用陶瓷材料与现有技术的PZT压电陶瓷材料在同样的条件下进行相关的性能测试。其中，得到的介电常数、机电耦合系数、压电常数以及弯曲强度的测试数据如下表：
由上表的测试结果可以看出，按照本发明实施例1-5制得的压电变压器用陶瓷材料相比于现有PZT压电陶瓷材料，拥有更高的弯曲强度以及更高的介电常数、压电常数和机电耦合系数，其综合性能更加良好，能满足变压器的要求，更适合应用于压电变压器。
从对比例1-2和实施例5的测试结果可以看出，本发明通过加入硼酸镁组分，且在与氧化铜、氟化钙等组分的复配作用下，可以制得具有高弯曲强度、高介电常数、高压电常数和高机电耦合系数的压电陶瓷材料，能应用于压电变压器中。
另外，从对比例3和实施例5的测试结果可以看出，本发明通过加入无水乙醇和原料一起放于球磨机进行湿磨，对压电陶瓷材料的综合性能能有着较明显的提升。
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 (7)
1.一种压电变压器用陶瓷材料，以PZT粉体和碳化硅为基体，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：PZT粉体40-70份、碳化硅20-30份、氧化铜5-12份、硼酸镁3-10份、氟化钙2-8份；所述的PZT粉体是以四氯化钛、醋酸铅和氧氯化锆为主原料制得的锆钛酸铅超细粉体。
2.根据权利要求1所述的一种压电变压器用陶瓷材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：PZT粉体50-60份、碳化硅23-28份、氧化铜7-10份、硼酸镁5-8份、氟化钙3-6份。
3.根据权利要求1所述的一种压电变压器用陶瓷材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：PZT粉体56份、碳化硅24份、氧化铜8份、硼酸镁7份、氟化钙5份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种压电变压器用陶瓷材料，其特征在于，所述的碳化硅为碳化硅晶须，所述的硼酸镁为硼酸镁晶须。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种压电变压器用陶瓷材料，其特征在于，所述的氟化钙为氟化钙的超细粉体，其平均粒度为20-60nm。
6.一种如权利要求1-3任一项所述的一种压电变压器用陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按上述各组分的重量份进行配料，进行初步分散混合；
（2）将混合后的原料和无水乙醇一起放置于聚乙烯球磨机内进行球磨，球磨时间为10-20小时；
（3）球磨后，将得到的料浆放在电热鼓风干燥箱中进行干燥，并过筛得到料粒，然后再将料粒制成坯料；
（4）接着将上述坯料放进烧结炉中，并升温至800-1000℃进行预烧结处理2-5h；
（5）最后将预烧结处理后的坯料加入适量的聚乙烯醇缩丁醛压制成型，再放进烧结炉中，并升温至1400-1500℃进行烧结处理2-5h后，自然冷却，即可得到压电陶瓷材料。
7.根据权利要求6所述的一种压电变压器用陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）的无水乙醇与原料和球磨机的体积比为1:(0.8-1.5):(2:3)。
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