CN110668815A - 一种应用于电子槟榔的压电陶瓷及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于电子槟榔的压电陶瓷，其主要成分包括99.5wt％铌钴‑锆钛酸铅三元系材料的及0.5wt％的微量杂质，铌钴‑锆钛酸铅三元系材料的化学通式为Pb(1‑x)CaX[Co1/3Nb2/3(1‑m‑n)ZrmTin]O3；其中所述化学通式中：x＝0.01～0.10；m＝0.43～0.49；n＝0.46～0.51。本发明材料压电陶瓷材料具有较高的压电应变常数d33和机电耦合系数kp，适中的机械品质因数和介质损耗，应用于电子槟榔液雾化使用时转换率高、抗干烧、雾化效果好。

Description

一种应用于电子槟榔的压电陶瓷及其制作方法
技术领域
本发明涉及压电陶瓷领域，尤其涉及一种应用于电子槟榔的压电陶瓷及其制作方法。
背景技术
电子槟榔是利用超声波雾化技术将槟榔混合液进行雾化的全新消费类产品，由于超声波雾化的新技术，可以更好地还原槟榔的口感，而且更加健康。槟榔混合液主由槟榔提取液及醇类混合物组成，采用超声波雾化技术将槟榔混合液分散成微米级的颗粒从而实现雾化。
目前电子槟榔技术存在以下问题：
(1)组成槟榔混合液的物质多为高分子类物质，雾化难度增加，对压电陶瓷雾化片的转换率提出了更高的要求；
(2)槟榔提取液中存在颗粒较大的微粒，影响雾化效果，而且容易在雾化片玻璃釉表面产品沉积，加剧雾化片的破坏程度，容易产生电性能衰减。
发明内容
本发明基于对新型压电陶瓷材料的配方设计研究,开发出一种使用高转换率、抗干烧的可应用于电子槟榔液雾化的压电陶瓷，以解决现有电子槟榔超声波雾化片在使用过程中的存在的问题。
针对现有技术的上述缺陷，提供一种应用于电子槟榔的压电陶瓷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种应用于电子槟榔的压电陶瓷包括99.5wt％铌钴-锆钛酸铅三元系材料的及0.5wt％的微量杂质；
所述铌钴-锆钛酸铅三元系材料的化学通式为Pb(1-x)CaX[Co1/3Nb2/3(1-m-n)ZrmTin]O3；
其中所述化学通式中：x＝0.01～0.10；m＝0.43～0.49；n＝0.46～0.51。
优选的，所述化学通式中的Ca采用分析纯级的CaC03,Co采用分析纯级的 CoO。
优选的，所述微量杂质包括Sb2O3、CeO2、CuO及LiCO3。
优选的，所述Sb2O3占总组成的0.2wt％，所述CeO2总组成0.2wt％，所述 CuO和所述LiCO占总组成0.1wt％。
优选的，所述CuO和所述LiCO占比比例为7：3。
根据本发明的另一方面，一种应用于电子槟榔的压电陶瓷的制作方法，包括如下步骤：
S1:配料,按配方准确的称取对应的原料放入容器中，待用；
S2:混料,将称量好的原料加去离子水放入氧化锆罐投入行星球球磨后用分样筛滤掉杂质、大颗粒和锆球后烘干；
S3：预烧，将烘干后的原料碾碎后装入预烧坩埚后放入马弗炉进行预烧；
S4：细磨，将预烧后的原料破碎加去离子水放入氧化锆罐投入行星球球磨后用分样筛滤掉杂质、大颗粒和锆球后烘干；
S5：轧膜成型，将细磨烘干后的原料依次经过粗轧、并轧、减薄、精轧及冲片步骤后形成的坯片放入匣钵中；
S6：排胶烧成，将装有坯片的匣钵放入排胶炉中排胶后放入马弗炉进行烧结，烧结后形成压电陶瓷片；
S7:清洗、上电极，用无水乙醇将压电陶瓷片表面的清洗干净后用手工印刷机将压电陶瓷片两面依次被上电极后放入网带炉进行烘干后放置12小时；
S8：极化，将有电极压电陶瓷片放入高压电场进行极化，被极化完成的压电陶瓷片放置12h。
优选的，所述步骤S2和所述步骤S4中，所述烘干条件为烘干温度120℃、烘干时长10h，所述分样筛为200目。
优选的，所述步骤S3中的预烧曲线为390min升到1020-1060℃，保温 120min。
优选的，所述步骤S6中烧成曲线为8h升到1290-1350℃，保温120min。
优选的，所述步骤S7中的放入网带炉的烘干条件为烘干温度为720℃，烘干时长为35min。
和现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：所制备的压电陶瓷其机械品质因素(Qm)为200左右，径向机电耦合系数(Kp)为0.7左右，压电应变常数(d33)为400pC/N左右，介质损耗为(tgδ)平均小于0.03％。该压电陶瓷应用于电子槟榔雾化时其转化率高、抗干烧、雾化效果好，解决了现有电子槟榔超声波雾化片在使用过程中的存在的问题。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，其中描述了实现本发明采用的实施例。应明白，还可使用其他的实施例，或者对本文所举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。
实施例一
本发明提供了一种铌钴-锆钛酸铅三元系的压电陶瓷材料，其组成包括 99.5wt％的铌钴-锆钛酸铅三元系及0.5wt％的微量杂质；铌钴-锆钛酸铅三元系的化学通式为Pb(1-x)CaX[Co1/3Nb2/3(1-m-n)ZrmTin]O3，其中x＝0.035；m＝0.46； n＝0.48，其化学通式为Pb0.965Ca0.035[Co1/3Nb2/30.06Zr0.46Ti0.48]O3。
具体的，Ca用分析纯级的CaC03，Co用分析纯级的CoO。
更具体的，其微量杂质包括占总组成的0.2wt％的三氧化二锑Sb2O3，占总组成0.02wt％的氧化铈CeO2，占总组成0.1wt％的氧化铜CuO与碳酸锂LiCO3。
更具体的，氧化铜CuO与碳酸锂LiCO3的占比比例为7:3。
具体的，本实施例中铌钴-锆钛酸铅三元系的压电陶瓷的制备方法如下：
S1:配料,按99.5wt％的Pb(1-x)CaX[Co1/3Nb2/3(1-m-n)ZrmTin]O3和0.5wt％的微量杂质的化学计量比准确的称取对应的原料放入容器中，待用；
具体的，步骤S1称取的原料最好放入不锈钢盆中，其内壁比较光滑，不会粘料，可以保证实际投料的准确性。
S2:混料,将称量好的原料加去离子水放入氧化锆罐投入行星球球磨后用分样筛滤掉杂质、大颗粒和锆球后烘干；
具体的，步骤S2包括将氧化锆罐用去离子水洗净后加入520g洗离子水后投入行星球磨120min，将不锈钢盆和200目分样筛用去离子水冲洗干净后，将混磨后的料浆过200目分样筛虑掉杂质、大颗粒和锆球，将用不锈钢盆装好的浆料放入烘箱烘干。更具体的，该烘干温度为120℃、烘干时长为10h。
S3：预烧，将烘干后的原料碾碎后装入预烧坩埚后放入马弗炉进行预烧；
具体的，步骤S3中的预烧曲线为390min升到1045℃，保温时长为120min。
S4：细磨，将预烧后的原料破碎加去离子水放入氧化锆罐投入行星球球磨后用分样筛滤掉杂质、大颗粒和锆球后烘干；
具体的，步骤S4包括将预烧好的粉料破碎，其颗粒小于3mm，装入用去离子水洗净后氧化锆罐的同时加入520g洗离子水后投入行星球磨120min，将不锈钢盆和200目分样筛用去离子水冲洗干净后，将混磨后的料浆过200目分样筛虑掉杂质、大颗粒和锆球，将用不锈钢盆装好的浆料放入烘箱烘干。更具体的，该烘干温度为120℃、烘干时长10h。
S5：轧膜成型，将细磨后的原料依次经过粗轧、并轧、减薄、精轧及冲片步骤后形成的坯片放入匣钵中；
具体的，步骤S5中的粗轧包括如下步骤：
a.将细磨烘干的粉料碾碎，加18％的PVA初步混匀；
b.用铲刀将粉料和胶水上精轧机粗轧；
c.下料后用干净的小塑料袋密封陈腐16h以上。
更具体的，在粗轧过程中需尽可能的用铲刀干预，使粉料和胶混合均匀，上料后15分钟左右开启电风扇，整个粗轧过程大概在60min左右。
具体的，步骤S5中的并轧包括如下步骤：
a.取陈腐完成的料块在精轧机上进行并轧，其并轧厚度为1.8mm；
b.用切刀将并轧完成的料片沿宽度方向切成所需尺寸的小料片；
c.用干净的真空袋将小料片包裹密封陈腐不少于16h。
更具体的，并轧完成的料片，厚度分散应不大于20μm，料片要柔软，目测无气泡。
具体的，步骤S5中的减薄包括如下步骤：
a.将取陈腐完成的料片，分两次将料片沿长度方向减薄到1.2mm；
b.将减薄完成的料片放在晾片上进行晾干，提升坯片的密度；
c.收取料片沿宽度方向按所需尺寸进行切片，用干净的塑料袋密封保存切片。
更具体的，当坯片的密度大于5.45时可以收取料片，晾片的时长约为4h。
具体的，步骤S5中的精轧包括如下步骤：
a.将坯片在精轧机上进行精轧；
b.将精轧好的坯片密封保存并做好标识。
更具体的，精轧后的坯片厚度为975±5μm。
具体的，步骤S5中的冲片包括如下步骤：
a.取精轧完成的坯片用脚踏冲机将坯片冲剪成所需尺寸、形状的坯片。
b.将坯片放入匣钵中。
S6：排胶烧成，将装有坯片的匣钵放入排胶炉中排胶后放入马弗炉进行烧结，烧结后形成压电陶瓷片；
具体的，步骤S6中的排胶时长为72h，在烧成过程中用隔离粉将坯片进行隔离放入氧化铝坩埚在放入马弗炉进行烧成。更具体的，其烧成曲线为8h升温到1305℃，保温时长为120min。
S7:清洗、上电极，用无水乙醇将压电陶瓷片表面的清洗干净后用手工印刷机将压电陶瓷片两面依次被上电极后放入网带炉进行烘干后放置12小时；
具体的，步骤S7中的还包括将刷好一面电极的瓷片在120℃的烘箱烘 30min在引另一面电极。更具体的，被上的电极为φ9.5，网带炉中的烘干条件为烘干温度720℃，烘干时长为35min。
S8：极化，将有电极压电陶瓷片放入高压电场进行极化，被极化完成的压电陶瓷片放置12h。
具体的，步骤S8中的极化条件为极化电压为1.2kv，极化温度为360℃。
经测试本实施例制备得到的高温压电陶瓷材料性能参数如下：其机械品质因素(Qm)为287，径向机电耦合系数(Kp)为0.55，压电应变常数(d33) 为262pC/N，介质损耗为(tgδ)为0.2％。
实施例二
本实施例提供了一种铌锡-锆钛酸铅三元系的压电陶瓷材料，其组成其组成包括99.5wt％的铌钴-锆钛酸铅三元系及0.5wt％的微量杂质；铌钴-锆钛酸铅三元系的化学通式为Pb(1-x)CaX[Co1/3Nb2/3(1-m-n)ZrmTin]O3。
具体的，其中x＝0.035；m＝0.47；n＝0.47，其他成分和实施步骤与实施例一基本一致，在此不一一赘述，经测试得知：本实施例制备得到的高温压电陶瓷材料性能参数如下：其机械品质因素(Qm)为278，径向机电耦合系数 (Kp)为0.67，压电应变常数(d33)为381pC/N，介质损耗为(tgδ)为0.3％。
实施例三
本实施例提供了一种铌锡-锆钛酸铅三元系的压电陶瓷材料，其组成其组成包括99.5wt％的铌钴-锆钛酸铅三元系及0.5wt％的微量杂质；铌钴-锆钛酸铅三元系的化学通式为Pb(1-x)CaX[Co1/3Nb2/3(1-m-n)ZrmTin]O3。
具体的，其中x＝0.035；m＝0.48；n＝0.46，其他成分和实施步骤与实施例一基本一致，在此不一一赘述，经测试得知：本实施例制备得到的高温压电陶瓷材料性能参数如下：其机械品质因素(Qm)为134，径向机电耦合系数 (Kp)为0.79，压电应变常数(d33)为381pC/N，介质损耗为(tgδ)为0.3％。
实施例四
本实施例提供了一种铌锡-锆钛酸铅三元系的压电陶瓷材料，其组成其组成包括99.5wt％的铌钴-锆钛酸铅三元系及0.5wt％的微量杂质；铌钴-锆钛酸铅三元系的化学通式为Pb(1-x)CaX[Co1/3Nb2/3(1-m-n)ZrmTin]O3。
具体的，其中x＝0.06；m＝0.45；n＝0.47，其他成分和实施步骤与实施例一基本一致，在此不一一赘述，经测试得知：本实施例制备得到的高温压电陶瓷材料性能参数如下：其机械品质因素(Qm)为137，径向机电耦合系数(Kp) 为0.69，压电应变常数(d33)为408pC/N，介质损耗为(tgδ)为0.2％。
实施例五
本实施例提供了一种铌锡-锆钛酸铅三元系的压电陶瓷材料，其组成其组成包括99.5wt％的铌钴-锆钛酸铅三元系及0.5wt％的微量杂质；铌钴-锆钛酸铅三元系的化学通式为Pb(1-x)CaX[Co1/3Nb2/3(1-m-n)ZrmTin]O3。
具体的，其中x＝0.06；m＝0.44；n＝0.48，其他成分和实施步骤与实施例一基本一致，在此不一一赘述，经测试得知：本实施例制备得到的高温压电陶瓷材料性能参数如下：其机械品质因素(Qm)为130，径向机电耦合系数(Kp) 为0.75，压电应变常数(d33)为452pC/N，介质损耗为(tgδ)为0.3％。
实施例六
本实施例提供了一种铌锡-锆钛酸铅三元系的压电陶瓷材料，其组成其组成包括99.5wt％的铌钴-锆钛酸铅三元系及0.5wt％的微量杂质；铌钴-锆钛酸铅三元系的化学通式为Pb(1-x)CaX[Co1/3Nb2/3(1-m-n)ZrmTin]O3。
具体的，其中x＝0.085；m＝0.45；n＝0.46，其他成分和实施步骤与实施例一基本一致，在此不一一赘述，经测试得知：本实施例制备得到的高温压电陶瓷材料性能参数如下：其机械品质因素(Qm)为143，径向机电耦合系数 (Kp)为0.73，压电应变常数(d33)为465pC/N，介质损耗为(tgδ)为0.5％。
实施例七
本实施例提供了一种铌锡-锆钛酸铅三元系的压电陶瓷材料，其组成其组成包括99.5wt％的铌钴-锆钛酸铅三元系及0.5wt％的微量杂质；铌钴-锆钛酸铅三元系的化学通式为Pb(1-x)CaX[Co1/3Nb2/3(1-m-n)ZrmTin]O3。
具体的，其中x＝0.085；m＝0.43；n＝0.48，其他成分和实施步骤与实施例一基本一致，在此不一一赘述，经测试得知：本实施例制备得到的高温压电陶瓷材料性能参数如下：其机械品质因素(Qm)为322，径向机电耦合系数 (Kp)为0.73，压电应变常数(d33)为461pC/N，介质损耗为(tgδ)为0.3％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于电子槟榔的压电陶瓷，其特征在于，所述压电陶瓷的组成包括99.5wt％铌钴-锆钛酸铅三元系材料的及0.5wt％的微量杂质；
所述铌钴-锆钛酸铅三元系材料的化学通式为Pb(1-x)CaX[Co1/3Nb2/3(1-m-n)ZrmTin]O3；
其中所述化学通式中：x＝0.01～0.10；m＝0.43～0.49；n＝0.46～0.51。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电子槟榔的压电陶瓷,其特征在于，所述化学通式中的Ca采用分析纯级的CaC03,Co采用分析纯级的CoO。
3.根据权利要求1所述的高性能的压电陶瓷,其特征在于，所述微量杂质包括Sb2O3、CeO2、CuO及LiCO3。
4.根据权利要求3所述的一种多高性能的压电陶瓷，其特征在于，所述Sb2O3占总组成的0.2wt％，所述CeO2总组成0.2wt％，所述CuO和所述LiCO占总组成0.1wt％。
5.根据权利要求4所述的一种应用于电子槟榔的压电陶瓷，其特征在于，所述CuO和所述LiCO占比比例为7：3。
6.根据权利要求1-5所述的任一一种应用于电子槟榔的压电陶瓷的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:配料,按配方准确的称取对应的原料放入容器中，待用；
S2:混料,将称量好的原料加去离子水放入氧化锆罐投入行星球球磨后用分样筛滤掉杂质、大颗粒和锆球后烘干；
S3：预烧，将烘干后的原料碾碎后装入预烧坩埚后放入马弗炉进行预烧；
S4：细磨，将预烧后的原料破碎加去离子水放入氧化锆罐投入行星球球磨后用分样筛滤掉杂质、大颗粒和锆球后烘干；
S5：轧膜成型，将细磨烘干后的原料依次经过粗轧、并轧、减薄、精轧及冲片步骤后形成的坯片放入匣钵中；
S6：排胶烧成，将装有坯片的匣钵放入排胶炉中排胶后放入马弗炉进行烧结，烧结后形成压电陶瓷片；
S7:清洗、上电极，用无水乙醇将压电陶瓷片表面的清洗干净后用手工印刷机将压电陶瓷片两面依次被上电极后放入网带炉进行烘干后放置12小时；
S8：极化，将有电极压电陶瓷片放入高压电场进行极化，被极化完成的压电陶瓷片放置12h。
7.根据权利要求6所述的一种应用于电子槟榔的压电陶瓷的制作方法，其特征在于，所述步骤S2和所述步骤S4中，所述烘干条件为烘干温度120℃、烘干时长10h，所述分样筛为200目。
8.根据权利要求7所述的一种应用于电子槟榔的压电陶瓷的制作方法，其特征在于，所述步骤S3中的预烧曲线为390min升到1020-1060℃，保温120min。
9.根据权利要求1所述的一种应用于电子槟榔的压电陶瓷的制作方法，其特征在于，所述步骤S6中烧成曲线为8h升到1290-1350℃，保温120min。
10.根据权利要求1所述的一种应用于电子槟榔的压电陶瓷的制作方法，其特征在于，所述步骤S7中的放入网带炉的烘干条件为烘干温度为720℃，烘干时长为35min。
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