CN116813338A - 一种压电陶瓷材料及其制备方法与用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压电陶瓷材料及其制备方法与用途，所述压电陶瓷材料的化学通式为aPbZrxTi1‑xO3‑bPbZn1/3Nb2/3O3‑cPbNi1/3Nb2/3O3+d％SrCO3+e％Li2CO3+f％Bi2O3+g％ZnO；本发明调整并优化基体材料的成分及配比，同时采用特定含量的SrCO3、Li2CO3、Bi2O3及ZnO作为添加物，一方面能大大降低压烧结温度，另一方面能有效优化所得压电陶瓷材料的性能，使得以所述压电陶瓷材料形成的执行器在具有高介电常数3800～4200的同时，介电损耗可≤2％，且压电应变常数d31达280～360pC/N，有效提高出力。
Description
技术领域
本发明属于压电材料领域，涉及一种压电陶瓷材料及其制备方法与用途。
背景技术
压电陶瓷是一种可实现机械能与电能相互转换的功能材料，被广泛应用于军事、汽车、商业和医疗技术领域；目前，由于无铅压电陶瓷的压电性能仍与锆钛酸铅(PZT)基压电陶瓷相差较大，压电陶瓷的生产仍集中于传统的PZT基及其三元、四元系压电陶瓷。
但是，PZT基陶瓷中氧化铅的含量超过原料总质量的60％以上，氧化铅是一种易挥发性的有毒物质，如果长时间工作在具有氧化铅的环境中，这些氧化铅将蓄积在人体内，致使大脑和神经系统受到损伤；因此，实现PZT基压电陶瓷低温烧结具有重要的开发价值：可以降低能耗；可以减少氧化铅的挥发，避免压电陶瓷组分的波动及偏离设计组成，提高产品的合格率，同时消除氧化铅挥发所带来的环境问题；压电陶瓷烧结过程中无需密封烧结，排胶烧结一次性完成，简化工艺，降低成本；在多层压电器件制备中，降低烧结温度从而降低多层压电器件的成本。
压电执行器(致动器或换能器)，是利用压电陶瓷的横向伸缩(d31模式)或纵向伸缩(d33模式)，在一定方向上施加电场而产生相应位移和力的器件。由于它具有尺寸小、线性度好、位移分辨率高、响应速度快、能耗低、发热小等优点，已经成为一种理想的微位移驱动器件，非常适合在精密定位、纳米加工、光学器件、航空航天等领域中应用。
例如，现有技术中将一定厚度的单片或极性相同的双片陶瓷与基片通过环氧树脂贴合，陶瓷厚度一般在0.1mm以上，电路上采用并联，或把两片极性相反的压电陶瓷薄片胶合在一起，电路上串联，利用基片对部分陶瓷的约束，在电场激励下，当某一时刻其中一片伸张时，另一片则收缩，使振动转变成弯曲振动，该执行器的结构简单，但其明显存在出力小的缺点，一般在0.5N以内，因而限制了其更加广泛的应用和发展。
CN101475373A公开了一种高压电应变常数d31，低压电电压常数g31压电陶瓷材料及其制备方法，该压电陶瓷材料具有新的成分组成和配比，能使d31达-388pC/N，但其制备方法需要在高达1260～1320℃的温度下进行烧结。
因此，尚需要开发一种新的可实现低温烧结又具备大出力性能的压电陶瓷材料。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种压电陶瓷材料及其制备方法与用途，所述压电陶瓷材料的化学通式为aPbZrxTi1-xO3-bPbZn1/3Nb2/3O3-cPbNi1/3Nb2/ 3O3+d％SrCO3+e％Li2CO3+f％Bi2O3+g％ZnO；本发明调整并优化基体材料的成分及配比，同时采用特定含量的SrCO3、Li2CO3、Bi2O3及ZnO作为添加物，一方面能大大降低压电陶瓷材料的烧结温度，另一方面能有效优化所得压电陶瓷材料的性能，使得以所述压电陶瓷材料形成的执行器在具有高介电常数3800～4200的同时，介电损耗可≤2％，且压电应变常数d31达280～360pC/N，有效提高出力。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种压电陶瓷材料，其特征在于，所述压电陶瓷材料的化学通式为：
aPbZrxTi1-xO3-bPbZn1/3Nb2/3O3-cPbNi1/3Nb2/3O3+d％SrCO3+e％Li2CO3+f％Bi2O3+g％ZnO；
其中：aPbZrxTi1-xO3-bPbZn1/3Nb2/3O3-cPbNi1/3Nb2/3O3为基体材料，SrCO3、Li2CO3、Bi2O3及ZnO为添加物，d％、e％、f％及g％分别表示对应的添加物占所述基体材料的质量百分比。
本发明得到的压电陶瓷材料是添加物与基体材料形成的均质固溶体。本发明调整并优化基体材料的成分及配比，同时采用特定含量的SrCO3、Li2CO3、Bi2O3及ZnO作为添加物，一方面能大大降低压电陶瓷材料的烧结温度，另一方面能有效优化所得压电陶瓷材料的性能。具体地说，本发明的基体材料为四元系PZT-PZN-PNN，本发明通过加入碳酸锶SrCO3，来有效提高PZT-PZN-PNN四元系材料的介电常数而缓慢调整材料的居里温度。添加碳酸锂Li2CO3及氧化铋Bi2O3低熔点化合物来快速降低陶瓷的烧结温度，且在烧结结束时固溶至钙钛矿晶格而不形成玻璃相在晶界处，因此陶瓷材料的介电损耗并不增加。氧化锌ZnO的加入适当调节陶瓷材料性能：锌离子为二价，价态低，但离子半径大于锆/钛离子半径，起到中性掺杂的作用。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述压电陶瓷材料中，0.45≤x≤0.47，例如0可以是0.45、0.452、0.454、0.456、0.458、0.46、0.462、0.464、0.466、0.468或0.47等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，0.6≤a≤0.8，例如可以是0.6、0.62、0.64、0.66、0.68、0.7、0.72、0.74、0.76、0.78或0.8等，0.05≤b≤0.15，例如可以是0.05、0.07、0.09、0.11、0.13或0.15等，0.15≤c≤0.25，例如可以是0.15、0.17、0.19、0.21、0.23或0.25，且a+b+c＝1，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，0.2％≤d％≤0.3％，例如可以是0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％或0.3％等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，0.3％≤e％≤0.5％，例如0.3％、0.32％、0.34％、0.36％、0.38％、0.4％、0.42％、0.44％、0.46％、0.48％或0.5％等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，0.5％≤f％≤0.7％，例如0.5％、0.52％、0.54％、0.56％、0.58％、0.6％、0.62％、0.64％、0.68％或0.7％等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，0.05％≤g％≤0.15％，例如0.05％、0.07％、0.09％、0.11％、0.13％或0.15％等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，d％+e％+f％+g％≤1.5％，例如可以是0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％或1.5％等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的压电陶瓷材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
按照化学通式准备各个原料，先混合基体材料的原料及SrCO3，经第一烧结后，加入Li2CO3、Bi2O3及ZnO，经第二烧结后，得到压电陶瓷材料。
需要说明的是，本发明使用的原料均为对应物质的纯结晶相固体粉末。
作为本发明优选的技术方案，所述第一烧结的温度为920～980℃，例如920℃、925℃、930℃、935℃、940℃、945℃、950℃、955℃、960℃、965℃、970℃、975℃或980℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一烧结的保温时间为2～4h，例如2h、2.2、2.4h、2.6h、2.8h、3h、3.2h、3.4h、3.8h或4h等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二烧结的温度为900～940℃，例如900℃、905℃、910℃、915℃、920℃、925℃、930℃、935℃或940℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二烧结的保温时间为3～5h，例如2h、2.2、2.4h、2.6h、2.8h、3h、3.2h、3.4h、3.8h、4h、4.2h、4.4h、4.8h或5h等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，加入Li2CO3、Bi2O3及ZnO后，先进行细磨，再进行第二烧结。
优选地，所述细磨之后，进行成型工艺，再进行第二烧结。
优选地，所述成型工艺包括流延成型工艺。
第三方面，本发明提供了一种压电陶瓷执行器，包括电极层及第一方面所述的压电陶瓷材料形成的压电层。
作为本发明优选的技术方案，所述压电陶瓷执行器为横向压电陶瓷执行器。
优选地，所述横向压电陶瓷执行器由互相叠置的所述压电层及电极层构成。
优选地，所述电极层的厚度为2～4μm，例如2.2μm、2.4μm、2.6μm、2.8μm、3μm、3.2μm、3.4μm、3.6μm、3.8μm或4μm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述压电层的厚度为20～70μm，例如20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm或70μm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述横向压电陶瓷执行器的厚度为700～900μm，例如700μm、720μm、740μm、760μm、780μm、800μm、820μm、840μm、860μm、880μm或900μm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述横向压电陶瓷执行器中的压电层的层数为16～24层，例如16层、17层、18层、19层、20层、21层、22层、23层或24层等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述横向压电陶瓷执行器沿厚度方向分为第一部分和第二部分，所述第一部分中的压电层与所述第二部分中的压电层的极化方向相反。
优选地，所述第一部分中的压电层的层数与所述第二部分中的压电层的层数相同。
优选地，所述第一部分中最远离所述第二部分的一端、所述第二部分中最远离所述第一部分的一端，以及所述第一部分与所述第二部分之间均设置有保护层。
优选地，所述保护层包括所述压电陶瓷材料。
优选地，所述第一部分中，所述电极层包括第一电极层及共用电极层，所述第一电极层与所述共用电极层沿第一部分的厚度方向依次轮流设置；所述第一电极层延伸至所述压电陶瓷执行器的外表面形成第一电极。
所述第二部分中，所述电极层包括第二电极层及共用电极层，所述第二电极层与所述共用电极层沿第二部分的厚度方向依次轮流设置；所述第二电极层延伸至所述压电陶瓷执行器的外表面形成第二电极。
所述第一部分及所述第二部分中的所述共用电极层延伸至所述压电陶瓷执行器的外表面形成共用电极。
优选地，所述横向压电陶瓷执行器的介电常数为3800～4200，例如3800、3850、3900、3950、4000、4050、4100、4150或4200等，介电损耗≤2％，例如可以是1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2％等，压电应变常数d31为-280～-360pC/N，例如-280pC/N、-285pC/N、-290pC/N、-295pC/N、-300pC/N、-305pC/N、-310pC/N、-315pC/N、-320pC/N、-325pC/N、-330pC/N、-335pC/N、-340pC/N、-345pC/N、-350pC/N、-355pC/N或-360pC/N等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明所得的低温烧结的压电陶瓷材料尤其适用于横向执行器，利用低温共烧的压电陶瓷堆叠共烧结而成，单层陶瓷厚度在20μm及以上，70mm及以下，所得横向执行器出力相对较大，可用于光学镜头调光领域。
第四方面，本发明提供了一种第三方面所述的压电陶瓷执行器的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：
(1)按照化学通式准备各个原料，先混合基体材料的原料及SrCO3，经第一烧结后，加入Li2CO3、Bi2O3及ZnO，进行细磨，再进行成型工艺，将得到的膜片作为压电层；
(2)在第1层压电层上制备电极层，叠加第2层压电层，在第2层压电层上制备电极层，交替进行叠加压电层及制备电极层直至目标层数，得到复合体；
(3)将复合体进行第二烧结，再进行极化，得到压电陶瓷执行器。
本发明将压电陶瓷材料的制备工艺与执行器的制造工艺相结合，利用压电陶瓷材料在成型后，第二烧结前得到的“膜片”，使其先形成执行器结构(复合体)，再将复合体统一进行第二烧结，此时，第二烧结即是对复合体中所有膜片的共烧结过程，因而可以在形成压电陶瓷材料的同时，形成最终的执行器器件。还需要强调的是，由于本发明对压电陶瓷材料的进行了优化，其烧结温度大大降低，因此对复合体的共烧结可以在较低的温度下进行，实现“低温烧结”。
作为本发明优选的技术方案，所述制造方法使用所述压电陶瓷材料膜片作为保护层，所述制造方法的步骤(2)包括如下步骤：
在一层保护层上设置第1层压电层，在第1层压电层上制备电极层，叠加第2层压电层，在第2层压电层上制备电极层，交替进行叠加压电层及制备电极层直至达到第一部分中的第n层压电层及第n层电极层，在所述第n层电极层上设置一层保护层，于其上设置第n+1层压电层，在第n+1层压电层上制备电极层，叠加第n+2层压电层，在第n+2层压电层上制备电极层，交替进行叠加压电层及制备电极层直至达到第二部分中的n+m层压电层及第n+m层电极层，在所述n+m层电极层上设置一层保护层，形成复合体。
作为本发明优选的技术方案，所述制造方法包括如下步骤：
(1)准备膜片：
aPbZrxTi1-xO3-bPbZn1/3Nb2/3O3-cPbNi1/3Nb2/3O3+d％SrCO3+e％Li2CO3+f％Bi2O3+g％ZnO，0.45≤x≤0.47；0.6≤a≤0.8，0.05≤b≤0.15，0.15≤c≤0.25，且a+b+c＝1，0.2％≤d％≤0.3％，0.3％≤e％≤0.5％，0.5％≤f％≤0.7％，0.05％≤g％≤0.15％，按照上述化学通式准备各个原料，先混合基体材料的原料及SrCO3，在920～980℃下第一烧结2～4h后，加入Li2CO3、Bi2O3及ZnO细磨，再进行流延成型，得到膜片，将其作为压电层同时作为保护层；
(2)在一层保护层上设置第1层压电层；
在第1层压电层上制备第一电极层，叠加第2层压电层，在第2层压电层上制备共用电极层，交替进行叠加压电层及制备电极层，并使得第一电极层及共用电极层依次轮流设置，直至达到第n层压电层及第n层电极层，n为8～12中的偶数，形成第一部分；
在所述第n层电极层上设置一层保护层；
在第n层电极层上设置的保护层上设置第n+1层压电层，在第n+1层压电层上制备第二电极层，叠加第n+2层压电层，在第n+2层压电层上制备共用电极层，交替进行叠加压电层及制备电极层，并使得第二电极层及共用电极层依次轮流设置，直至达到第n+m层压电层及第n+m层电极层，n+m为16～24中的偶数且n＝m，形成第二部分；
在所述第n+m层电极层上设置一层保护层，形成复合体；
所述第一电极层延伸至所述复合体的外表面形成第一电极；所述第二电极层延伸至所述复合体的外表面形成第二电极；所述第一部分及所述第二部分中的所述共用电极层延伸至所述复合体的外表面形成共用电极；
(3)将所述复合体在900～940℃下进行第二烧结3～5h后，将第一电极作为正极，共用电极作为负极，连接外部电源进行极化；将第二电极作为负极，共用电极作为正极，连接外部电源进行极化；完成极化后，第一部分及第二部分中的压电层的极化方向相反，得到横向压电陶瓷执行器。
第五方面，本发明提供了一种第三方面所述的压电陶瓷执行器或第四方面所述的制造方法得到的压电陶瓷执行器的用途，所述用途包括纺织机械驱动片、蜂鸣片、压电泵及光学镜头。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明通过调整并优化压电陶瓷材料中基体材料的成分及配比，同时通过采用特定含量的SrCO3、Li2CO3、Bi2O3及ZnO作为添加物，一方面能大大降低压电陶瓷材料的烧结温度，实现压电陶瓷及含有其的执行器的低温烧结，另一方面能有效优化所得压电陶瓷材料的性能，使得以所述压电陶瓷材料形成的执行器在具有高介电常数3800～4200的同时，介电损耗可≤2％，且压电应变常数d31达280～360pC/N，有效提高出力。
附图说明
图1是应用例1所得横向压电陶瓷执行器的层结构示意图；
图2-图4是应用例1所得横向压电陶瓷执行器在不同视角方向的示意图；
图5是应用例1中第一电极层、第二电极层及共用电极层的形状示意图；
图6是所得横向压电陶瓷执行器的安装及使用状态示意图；
图中：1-压电层、2-第一电极层、21-第一电极、3-共用电极层、31-共用电极、4-第二电极层、41-第二电极、5-保护层。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种压电陶瓷材料及其制备方法，所述压电陶瓷材料的化学通式为：
0.7PbZr0.46Ti0.54O3-0.1PbZn1/3Nb2/3O3-0.2PbNi1/3Nb2/3O3+0.25％SrCO3+0.4％Li2CO3+0.6％Bi2O3+0.1％ZnO；
所述制备方法为：
按照上述化学通式准备各个原料，先混合基体材料的原料及SrCO3，在950℃下第一烧结3h后，加入Li2CO3、Bi2O3及ZnO细磨，再进行流延成型，最后在920℃下第二烧结4h，得到压电陶瓷材料。
实施例2
本实施例提供了一种压电陶瓷材料及其制备方法，将所述压电陶瓷材料的基体材料中PbZr0.46Ti0.54O3调整为PbZr0.45Ti0.55O3，即所述压电陶瓷材料的化学通式为：
0.7PbZr0.45Ti0.55O3-0.1PbZn1/3Nb2/3O3-0.2PbNi1/3Nb2/3O3+0.25％SrCO3+0.4％Li2CO3+0.6％Bi2O3+0.1％ZnO；
所述制备方法除了原料的用量不同外，其他条件与实施例1完全相同。
实施例3
本实施例提供了一种压电陶瓷材料及其制备方法，将所述压电陶瓷材料的基体材料中的PbZrx0.46Ti0.54O3调整为PbZr0.47Ti0.53O3，即所述压电陶瓷材料的化学通式为：
0.7PbZr0.47Ti0.53O3-0.1PbZn1/3Nb2/3O3-0.2PbNi1/3Nb2/3O3+0.25％SrCO3+0.4％Li2CO3+0.6％Bi2O3+0.1％ZnO；
所述制备方法除了原料的用量不同外，其他条件与实施例1完全相同。
所述制备方法除了原料的用量不同外，其他条件与实施例1完全相同。
实施例6
本实施例提供了一种压电陶瓷材料及其制备方法，将所述压电陶瓷材料的添加物中的SrCO3的用量由0.25％调整为0.2％外，其他条件与实施例1完全相同。
实施例7
本实施例提供了一种压电陶瓷材料及其制备方法，将所述压电陶瓷材料的添加物中的SrCO3的用量由0.25％调整为0.3％外，其他条件与实施例1完全相同。
实施例8
本实施例提供了一种压电陶瓷材料及其制备方法，将所述压电陶瓷材料的添加物中的Li2CO3用量由0.4％调整为0.3％外，其他条件与实施例1完全相同。
实施例9
本实施例提供了一种压电陶瓷材料及其制备方法，将所述压电陶瓷材料的添加物中的Li2CO3用量由0.4％调整为0.5％外，其他条件与实施例1完全相同。
实施例10
本实施例提供了一种压电陶瓷材料及其制备方法，将所述压电陶瓷材料的添加物中的Bi2O3用量由0.6％调整为0.5％外，其他条件与实施例1完全相同。
实施例11
本实施例提供了一种压电陶瓷材料及其制备方法，将所述压电陶瓷材料的添加物中的Bi2O3用量由0.6％调整为0.7％外，其他条件与实施例1完全相同。
实施例12
本实施例提供了一种压电陶瓷材料及其制备方法，将所述压电陶瓷材料的添加物中的ZnO用量由0.1％调整为0.05％外，其他条件与实施例1完全相同。
对比例1
本对比例提供了一种压电陶瓷材料及其制备方法，所述制备方法不使用添加物，即所得压电陶瓷材料的化学通式为：
0.7PbZr0.46Ti0.54O3-0.1PbZn1/3Nb2/3O3-0.2PbNi1/3Nb2/3O3；
所述制备方法除了不使用添加物外，其他条件与实施例1完全相同。
应用例1
将实施例及对比例中在流延成型之后，第二烧结之前所得膜片通过如下制造方法制成横向压电陶瓷执行器，所述横向压电陶瓷执行器的层结构示意图如图1所示，所述制造方法为：
(1)准备膜片，使其作为压电层1，同时也作为保护层5；
(2)在一层保护层5上设置第1层压电层1；
在第1层压电层1上制备第一电极层2，叠加第2层压电层1，在第2层压电层1上制备共用电极层3，交替进行叠加压电层1及制备电极层，并使得第一电极层2及共用电极层3依次轮流设置，直至达到第10层压电层1及第10层电极层，第1层的电极层为共用电极层3，形成第一部分；
在所述第10层电极层上设置一层保护层5；
在第10层电极层上设置的保护层5上设置第11层压电层1，在第11层压电层1上制备第二电极层4，叠加第12层压电层1，在第12层压电层1上制备共用电极层3，交替进行叠加压电层1及制备电极层，并使得第二电极层4及共用电极层3依次轮流设置，直至达到第20层压电层1及第20层电极层，第20层电极层为共用电极层3，形成第二部分；
在所述第20层电极层上设置一层保护层5，形成复合体；
在本应用例中，第一电极层2、第二电极层4及共用电极层3的形状如图5所示；如图2及图4所示，所述第一电极层2中右侧的小矩形部分延伸至所述复合体的外表面形成第一电极21，所述第二电极层4中右侧的小矩形部分延伸至所述复合体的外表面形成第二电极41；如图2及图3所示，所述第一部分及所述第二部分中的所述共用电极层3中上部的小矩形部分延伸至所述复合体的外表面形成共用电极31，下部的小矩形未露出；
(3)将所述复合体在920℃下进行第二烧结4h后，将第一电极21作为正极，共用电极31作为负极，连接外部电源进行极化；将第二电极41作为负极，共用电极31作为正极，连接外部电源进行极化；完成极化后，第一部分及第二部分中的压电层1的极化方向相反，得到横向压电陶瓷执行器；
在本应用例中，所述压电层1的厚度为32μm、第一电极层2、第二电极层4及共用电极层3的厚度均为3.2μm，所得横向压电陶瓷执行器的尺寸为20*8*0.8(mm3)。
需要说明的是在某些实施方式中，应用例1中的第一电极层2与第二电极层4的形状可以互换；共用电极层3中的下部的小矩形部分可延伸至所述复合体的外表面形成共用电极31，使上部的小矩形隐藏或不设置上部的小矩形，或，上部的小矩形与下部的小矩形均分别延伸至所述复合体的外表面分别形成共用电极31。
应用例2
将实施例1中在流延成型之后，第二烧结之前所得膜片通过如下制造方法制成横向压电陶瓷执行器，所述制造方法在步骤(2)中将第一部分及第二部分的压电层1的数量由10层调整至6层，除此之外，其他条件与应用例1完全相同。
将应用例1-2中所得各个横向压电陶瓷执行器进行测试，如图6所示，夹持所得横向压电陶瓷执行器的一端，如图6右侧相对的箭头所示，另一端保持自由，将第一电极21及第二电极41连接作为一极，共用电极31作为另一极，连接外部交流电源进行驱动，则保持自由的一端的弯曲振动方向及出力方向如图6左侧相背离的箭头所示。所得结果记录于表1。
表1
由以上结果可以看出，适量的碳酸锶可以提高陶瓷的介电常数；过多的氧化铋的加入会快速增加陶瓷材料的介电损耗，降低陶瓷材料性能；当压电陶瓷材料在执行器中的层厚不变时，执行器的出力随叠层层数减少而减小；对比例1由于在制备时只有基体材料的原料，不含有添加物，因此，其在实施例1的第一及第二烧结温度下无法获得压电陶瓷材料，其适用的烧结温度应为1260～1280℃，因而无法用对比例1所得材料进行执行器的制作，表1中“/”代表无结果。可以看出，本发明采用特定含量的SrCO3、Li2CO3、Bi2O3及ZnO作为添加物，一方面能大大降低压电陶瓷材料的烧结温度，另一方面能有效优化所得压电陶瓷材料的性能。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种压电陶瓷材料，其特征在于，所述压电陶瓷材料的化学通式为：
aPbZrxTi1-xO3-bPbZn1/3Nb2/3O3-cPbNi1/3Nb2/3O3+d％SrCO3+e％Li2CO3+f％Bi2O3+g％ZnO；
其中：aPbZrxTi1-xO3-bPbZn1/3Nb2/3O3-cPbNi1/3Nb2/3O3为基体材料，SrCO3、Li2CO3、Bi2O3及ZnO为添加物，d％、e％、f％及g％分别表示对应的添加物占所述基体材料的质量百分比。
2.根据权利要求1所述的压电陶瓷材料，其特征在于，0.45≤x≤0.47；
优选地，0.6≤a≤0.8，0.05≤b≤0.15，0.15≤c≤0.25，且a+b+c＝1；
优选地，0.2％≤d％≤0.3％；
优选地，0.3％≤e％≤0.5％；
优选地，0.5％≤f％≤0.7％；
优选地，0.05％≤g％≤0.15％；
优选地，d％+e％+f％+g％≤1.5％。
3.一种权利要求1或2所述的压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照化学通式准备各个原料，先混合基体材料的原料及SrCO3，经第一烧结后，加入Li2CO3、Bi2O3及ZnO，经第二烧结后，得到压电陶瓷材料。
4.根据权利要求3所述的压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述第一烧结的温度为920～980℃；
优选地，所述第一烧结的保温时间为2～4h；
优选地，所述第二烧结的温度为900～940℃；
优选地，所述第二烧结的保温时间为3～5h；
优选地，加入Li2CO3、Bi2O3及ZnO后，先进行细磨，再进行第二烧结；
优选地，所述细磨之后，进行成型工艺，再进行第二烧结；
优选地，所述成型工艺包括流延成型工艺。
5.一种压电陶瓷执行器，其特征在于，包括电极层及权利要求1或2所述的压电陶瓷材料形成的压电层。
6.根据权利要求5所述的压电陶瓷执行器，其特征在于，所述压电陶瓷执行器为横向压电陶瓷执行器；
优选地，所述横向压电陶瓷执行器由互相叠置的所述压电层及电极层构成；
优选地，所述电极层的厚度为2～4μm；
优选地，所述压电层的厚度为20～70μm；
优选地，所述横向压电陶瓷执行器的厚度为700～900μm；
优选地，所述横向压电陶瓷执行器中的压电层的层数为16～24层；
优选地，所述横向压电陶瓷执行器沿厚度方向分为第一部分和第二部分，所述第一部分中的压电层与所述第二部分中的压电层的极化方向相反；
优选地，所述第一部分中的压电层的层数与所述第二部分中的压电层的层数相同；
优选地，所述第一部分中最远离所述第二部分的一端、所述第二部分中最远离所述第一部分的一端，以及所述第一部分与所述第二部分之间均设置有保护层；
优选地，所述保护层包括所述压电陶瓷材料；
优选地，所述第一部分中，所述电极层包括第一电极层及共用电极层，所述第一电极层与所述共用电极层沿第一部分的厚度方向依次轮流设置；所述第一电极层延伸至所述压电陶瓷执行器的外表面形成第一电极；
所述第二部分中，所述电极层包括第二电极层及共用电极层，所述第二电极层与所述共用电极层沿第二部分的厚度方向依次轮流设置；所述第二电极层延伸至所述压电陶瓷执行器的外表面形成第二电极；
所述第一部分及所述第二部分中的所述共用电极层延伸至所述压电陶瓷执行器的外表面形成共用电极；
优选地，所述横向压电陶瓷执行器的介电常数为3800～4200，介电损耗≤2％，压电应变常数d31为280～360pC/N。
7.一种权利要求5或6所述的压电陶瓷执行器的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：
(1)按照化学通式准备各个原料，先混合基体材料的原料及SrCO3，经第一烧结后，加入Li2CO3、Bi2O3及ZnO，进行细磨，再进行成型工艺，将得到的膜片作为压电层；
(2)在第1层压电层上制备电极层，叠加第2层压电层，在第2层压电层上制备电极层，交替进行叠加压电层及制备电极层直至目标层数，得到复合体；
(3)将复合体进行第二烧结，再进行极化，得到压电陶瓷执行器。
8.根据权利要求7所述的压电陶瓷执行器的制造方法，其特征在于，所述制造方法使用所述膜片作为保护层，所述制造方法的步骤(2)包括如下步骤：
在一层保护层上设置第1层压电层，在第1层压电层上制备电极层，叠加第2层压电层，在第2层压电层上制备电极层，交替进行叠加压电层及制备电极层直至达到第一部分中的第n层压电层及第n层电极层，在所述第n层电极层上设置一层保护层，于其上设置第n+1层压电层，在第n+1层压电层上制备电极层，叠加第n+2层压电层，在第n+2层压电层上制备电极层，交替进行叠加压电层及制备电极层直至达到第二部分中的n+m层压电层及第n+m层电极层，在所述n+m层电极层上设置一层保护层，形成复合体。
9.根据权利要求7或8所述的压电陶瓷执行器的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：
(1)准备膜片：
aPbZrxTi1-xO3-bPbZn1/3Nb2/3O3-cPbNi1/3Nb2/3O3+d％SrCO3+e％Li2CO3+f％Bi2O3+g％ZnO，0.45≤x≤0.47；0.6≤a≤0.8，0.05≤b≤0.15，0.15≤c≤0.25，且a+b+c＝1，0.2％≤d％≤0.3％，0.3％≤e％≤0.5％，0.5％≤f％≤0.7％，0.05％≤g％≤0.15％，按照上述化学通式准备各个原料，先混合基体材料的原料及SrCO3，在920～980℃下第一烧结2～4h后，加入Li2CO3、Bi2O3及ZnO细磨，再进行流延成型，得到膜片，将其作为压电层同时作为保护层；
(2)在一层保护层上设置第1层压电层；
在第1层压电层上制备第一电极层，叠加第2层压电层，在第2层压电层上制备共用电极层，交替进行叠加压电层及制备电极层，并使得第一电极层及共用电极层依次轮流设置，直至达到第n层压电层及第n层电极层，n为8～12中的偶数，形成第一部分；
在所述第n层电极层上设置一层保护层；
在第n层电极层上设置的保护层上设置第n+1层压电层，在第n+1层压电层上制备第二电极层，叠加第n+2层压电层，在第n+2层压电层上制备共用电极层，交替进行叠加压电层及制备电极层，并使得第二电极层及共用电极层依次轮流设置，直至达到第n+m层压电层及第n+m层电极层，n+m为16～24中的偶数且n＝m，形成第二部分；
在所述第n+m层电极层上设置一层保护层，形成复合体；
所述第一电极层延伸至所述复合体的外表面形成第一电极；所述第二电极层延伸至所述复合体的外表面形成第二电极；所述第一部分及所述第二部分中的所述共用电极层延伸至所述复合体的外表面形成共用电极；
(3)将所述复合体在900～940℃下进行第二烧结3～5h后，将第一电极作为正极，共用电极作为负极，连接外部电源进行极化；将第二电极作为负极，共用电极作为正极，连接外部电源进行极化；完成极化后，第一部分及第二部分中的压电层的极化方向相反，得到横向压电陶瓷执行器。
10.一种权利要求5或6所述的压电陶瓷执行器或权利要求7-9任意一项所述的制造方法得到的压电陶瓷执行器的用途，其特征在于，所述用途包括纺织机械驱动片、蜂鸣片、压电泵及光学镜头。
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Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996015560A1 (fr) * | 1994-11-10 | 1996-05-23 | Beijing Wide Tech. Electron & Electric Equipment Co. Ltd. | Transformateur ceramique piezo-electrique composite et son procede de fabrication |
| JP2004051476A (ja) * | 2002-07-10 | 2004-02-19 | Dongil Technology Co Ltd | 低温焼結可能なｐｚｔ組成物とそれを用いた圧電セラミック装置 |
| CN101386536A (zh) * | 2008-10-24 | 2009-03-18 | 江苏大学 | 一种用于降低电声转换器压电陶瓷烧结温度的添加物 |
| JP2012079852A (ja) * | 2010-09-30 | 2012-04-19 | Nec Tokin Corp | 圧電アクチュエータ及びそれを備える装置、並びに圧電アクチュエータの製造方法 |
| CN102531638A (zh) * | 2012-01-05 | 2012-07-04 | 江苏大学 | 一种添加物及其降低压电陶瓷烧结温度的用途 |
| KR20120081770A (ko) * | 2011-01-12 | 2012-07-20 | 전자부품연구원 | 저온 소결용 압전 조성물과 그 제조 방법 및 이를 이용한 압전 소자 |
| CN103441213A (zh) * | 2013-08-23 | 2013-12-11 | 西安康弘新材料科技有限公司 | 一种圆环形多层独石结构压电马达陶瓷片 |
| CN103467089A (zh) * | 2013-09-09 | 2013-12-25 | 天津大学 | 一种铌锌铌镍锆钛酸铅压电陶瓷 |
| KR20160109632A (ko) * | 2015-03-12 | 2016-09-21 | 주식회사 모다이노칩 | 압전 세라믹 조성물 및 그 제조 방법 |
| JP2017130701A (ja) * | 2017-05-02 | 2017-07-27 | 富士フイルム株式会社 | 圧電体素子の製造方法 |
| CN107068850A (zh) * | 2016-01-29 | 2017-08-18 | 精工爱普生株式会社 | 压电驱动装置、马达、机器人以及泵 |
| CN107986782A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-05-04 | 歌尔股份有限公司 | 掺杂改性锆钛酸铅压电陶瓷及其制备方法 |
| CN108358629A (zh) * | 2018-01-27 | 2018-08-03 | 天津大学 | 低温共烧自支撑pzt基多层压电厚膜的制备 |
| KR20190079039A (ko) * | 2017-12-27 | 2019-07-05 | 한국세라믹기술원 | Pzn-pnn-pzt계 압전 세라믹스 조성물의 제조방법 및 그의 압전 세라믹스 조성물 |
| CN109994597A (zh) * | 2017-12-29 | 2019-07-09 | 苏州攀特电陶科技股份有限公司 | 多层压电陶瓷执行器及其制备方法 |
| CN113716957A (zh) * | 2021-08-04 | 2021-11-30 | 深圳麦克韦尔科技有限公司 | 陶瓷及其制备方法、陶瓷粉体、压电陶瓷和雾化装置 |
| CN116133507A (zh) * | 2023-01-05 | 2023-05-16 | 黑龙江迪米电陶科技有限公司 | 叠层型压电陶瓷全电极结构及其制造工艺 |
-
2023
- 2023-07-06 CN CN202310824025.2A patent/CN116813338A/zh active Pending
Patent Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996015560A1 (fr) * | 1994-11-10 | 1996-05-23 | Beijing Wide Tech. Electron & Electric Equipment Co. Ltd. | Transformateur ceramique piezo-electrique composite et son procede de fabrication |
| JP2004051476A (ja) * | 2002-07-10 | 2004-02-19 | Dongil Technology Co Ltd | 低温焼結可能なｐｚｔ組成物とそれを用いた圧電セラミック装置 |
| CN101386536A (zh) * | 2008-10-24 | 2009-03-18 | 江苏大学 | 一种用于降低电声转换器压电陶瓷烧结温度的添加物 |
| JP2012079852A (ja) * | 2010-09-30 | 2012-04-19 | Nec Tokin Corp | 圧電アクチュエータ及びそれを備える装置、並びに圧電アクチュエータの製造方法 |
| KR20120081770A (ko) * | 2011-01-12 | 2012-07-20 | 전자부품연구원 | 저온 소결용 압전 조성물과 그 제조 방법 및 이를 이용한 압전 소자 |
| CN102531638A (zh) * | 2012-01-05 | 2012-07-04 | 江苏大学 | 一种添加物及其降低压电陶瓷烧结温度的用途 |
| CN103441213A (zh) * | 2013-08-23 | 2013-12-11 | 西安康弘新材料科技有限公司 | 一种圆环形多层独石结构压电马达陶瓷片 |
| CN103467089A (zh) * | 2013-09-09 | 2013-12-25 | 天津大学 | 一种铌锌铌镍锆钛酸铅压电陶瓷 |
| KR20160109632A (ko) * | 2015-03-12 | 2016-09-21 | 주식회사 모다이노칩 | 압전 세라믹 조성물 및 그 제조 방법 |
| CN107068850A (zh) * | 2016-01-29 | 2017-08-18 | 精工爱普生株式会社 | 压电驱动装置、马达、机器人以及泵 |
| JP2017130701A (ja) * | 2017-05-02 | 2017-07-27 | 富士フイルム株式会社 | 圧電体素子の製造方法 |
| CN107986782A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-05-04 | 歌尔股份有限公司 | 掺杂改性锆钛酸铅压电陶瓷及其制备方法 |
| KR20190079039A (ko) * | 2017-12-27 | 2019-07-05 | 한국세라믹기술원 | Pzn-pnn-pzt계 압전 세라믹스 조성물의 제조방법 및 그의 압전 세라믹스 조성물 |
| CN109994597A (zh) * | 2017-12-29 | 2019-07-09 | 苏州攀特电陶科技股份有限公司 | 多层压电陶瓷执行器及其制备方法 |
| CN108358629A (zh) * | 2018-01-27 | 2018-08-03 | 天津大学 | 低温共烧自支撑pzt基多层压电厚膜的制备 |
| CN113716957A (zh) * | 2021-08-04 | 2021-11-30 | 深圳麦克韦尔科技有限公司 | 陶瓷及其制备方法、陶瓷粉体、压电陶瓷和雾化装置 |
| CN116133507A (zh) * | 2023-01-05 | 2023-05-16 | 黑龙江迪米电陶科技有限公司 | 叠层型压电陶瓷全电极结构及其制造工艺 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 廖擎玮;陈小随;郭栋;: "功率型压电陶瓷的分类及研究进展", 应用声学, no. 06, 15 November 2013 (2013-11-15) * |
| 李俊慧等: "Zn/Li掺杂PZT-PZN-PNN压电陶瓷的研究", 压电与声光, vol. 39, no. 6, 31 December 2017 (2017-12-31) * |
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