新型压电陶瓷的研制

来源:用户上传      作者:齐亚男

　　摘 要：自居里兄弟发现压电效应及逆压电效应以来，压电材料得到了迅猛发展，各种具有优异性能的压电陶瓷及单晶相继被科研工作者发明和發现。针对现有的压电陶瓷介电损耗低仍然很高，无法满足要求的技术问题，本文通过优化掺杂相组成和烧结工艺，提供了一种具有介电损耗低，压电系数高等特点的压电陶瓷材料。
　　关键词：压电陶瓷;掺杂;烧结
　　 信息功能陶瓷材料是新材料领域的一个重要分支，而它被划分为电子功能材料。现在，它被广泛地应用于军用（战斗机、鱼雷、雷达等）和民用（手机、电视、电脑、冶金、石油、化工等）。自居里兄弟发现压电效应及逆压电效应以来，压电材料得到了迅猛发展，各种具有优异性能的压电陶瓷及单晶相继被科研工作者发明和发现。由于实验条件的限制，制备出电容器器件还是比较困难的;而反铁电储能材料，具有小体积、大容量、超高耐压的储能特性，是材料研究领域一个新的研究热点之一。[1-2]然而，现有的压电陶瓷介电损耗低仍然很高，无法满足要求。本研究提供了一种具有介电损耗低，压电系数高等特点的压电陶瓷材料。
　　1 实验
　　1.1 测试样品制备
　　本研究的陶瓷材料是以BaCO3和TiO2为主要原料，以钙相、锆相、钴相和镨相作为掺杂剂制备而成;钙相、锆相、钴相和镨相分别是CaCO3、ZrO2、Co2O3和Pr6O11;BaCO3、TiO2、CaCO3、ZrO2的摩尔比为（Ba0.85Ca0.15）（Zr0.1Ti0.9）O3，Co2O3的质量百分比含量为0.025wt%;Pr6O11的质量百分比含量为0.025wt%。
　　该陶瓷材料通过如下方法制备：
　　（1）配料：取主要原料和掺杂剂，分别在100℃的烘箱里烘8h，烘干，备用;（2）混料：将烘干的主要原料和掺杂剂混合，拌匀，得混合物;（3）合成：将混合物在1200℃的环境中煅烧3h，然后随炉自然冷却，得合成物;（4）粉碎：将合成物粉碎，得粉末，然后将粉末烘干，得烘干的粉末，粉末的粒度为10μm;（5）成型：在烘干的粉末中加入石蜡，使其粘合，然后在20 MPa 的压力下压成直径为13mm的圆片;（6）烧结：烧结过程采用二段式烧结工艺，二段式烧结工艺的具体过程包括：在1400℃下保温2小时，然后升温至1550℃保温2小时，随炉自然冷却后取出，得烧结物;（7）被电极及极化处理：将烧结物进行被电极和极化处理，得钛酸钡压电陶瓷;其中，被电极及极化处理是先在烧结物的两面涂上银浆，然后施行电极进行极化。
　　1.2 对比样品制备
　　为了验证测试样品的效果，本研究还制备了三组对比样品，其仅改变了掺杂相和烧结工艺，其它与测试样品的制备过程完全一致，具体实验方案如下：
　　 上述结果表明，本研究通过优化掺杂相和烧结工艺能够在充分保证压电常数在合理范围的基础上，进一步降低介电损耗，即在保证压电常数在300～350范围内的基础上，介电损耗可以降低至1.0%。与传统的BCZT基压电陶瓷相比，本研究的陶瓷材料具有介电损耗低，且压电常数较高的有益效果。
　　参考文献：
　　[1]刘文凤，周超，高景辉，薛德帧.无铅压电陶瓷的研究进展.中国材料进展，2016-6，35（6）：423-428.
　　[2]郑木鹏，侯育冬，朱满康，严辉.能量收集用压电陶瓷材料研究进展.硅酸盐学报，2016-4，44（3）：359-266.
　　作者简介：齐亚男，男，工程师，研究方向：复合材料、机械设备。
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