本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種壓電陶瓷材料，主配方包括（質(zhì)量百分比）：Pb3O454%～56%、BaCO312%～14%、Bi2O30.4%～0.5%、WO30.2%～0.3%、TiO210%～12%、ZrO218%～20%，主配方各組分總和100%；以主配方質(zhì)量總和為基礎(chǔ)，添加鑭系稀土氧化物及金屬氧化物0.7%。其制備方法具體包括如下步驟：（1）按上述配方稱料；（2）一次球磨；（3）預(yù)燒；（4）二次球磨；所述的壓電陶瓷材料制備壓電發(fā)電振子的方法包括：（1）造粒干壓；（2）排膠；（3）燒結(jié)；（4）按尺寸磨片；（5）印銀；（6）燒銀；（7）極化。所述的壓電陶瓷材料應(yīng)用于制備壓電發(fā)電振子。本發(fā)明專利技術(shù)具有以下有益效果：壓電陶瓷材料機(jī)電耦合系數(shù)大Kp>70%，介電常數(shù)大ε>4000,壓電常熟d33大，d33>500。由于機(jī)電轉(zhuǎn)換效率高，電容量大，保存電荷多，適合于用作壓電發(fā)電振子。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于電子材料壓電陶瓷
，特別涉及一種壓電陶瓷材料及其制備方法，進(jìn)一步地，涉及應(yīng)用于制備壓電發(fā)電振子。
技術(shù)介紹
面對21世紀(jì)能源短缺的挑戰(zhàn)，努力尋找更可持續(xù)性和更環(huán)保的新型能源無疑成為解決問題的關(guān)鍵。從環(huán)境中采集環(huán)境能量轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)越來越受到重視。壓電發(fā)電是利用壓電材料的正電壓效應(yīng)將機(jī)械振動轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽暮诵脑菈弘娬褡印８鶕?jù)壓電陶瓷轉(zhuǎn)換得到的電能具有高電壓、低電流特性。電荷生成是瞬態(tài)交替的，為達(dá)到對電壓、電流的要求，應(yīng)選擇合適的壓電振子的發(fā)電模式，來提高壓電振子的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率及發(fā)電能力。 壓電效應(yīng)分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)，所謂正壓電效應(yīng)是指晶體由于機(jī)械應(yīng)力的作用而使其介質(zhì)化，并使其表面產(chǎn)生荷電的效應(yīng)。反之，當(dāng)外加電場于晶體時，晶體會產(chǎn)生變形，稱之為逆壓電效應(yīng)。壓電發(fā)電是利用壓電材料的正壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的過程。在2011年第2期《聲學(xué)與電子工程》公開了一種二元系大功率發(fā)射型壓電材料，其采用原料Pb304、Ti02、Zr02、S rC03、CaC03、Fe203制備壓電陶瓷，將氧化物粉料按化學(xué)計量比混合，濕法球磨4 h，干燥后壓塊，在A1203坩堝中預(yù)燒2 h，溫度為800°C、00°C，合成后的粉末球磨6 h，烘干過篩后添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%PVA (聚乙烯醇)，30 MPa下預(yù)壓，放置12 h后砸碎過篩，11 MPa下加壓成型，制成￠25 _X (2. 3 3.0) mm的坯件，800°C下保溫2 h進(jìn)行排塑，在1260°C 1320°C燒結(jié)，保溫2 h，燒好的樣品機(jī)加工成0>20mmXl mm的陶瓷片，再經(jīng)超聲清洗后被覆銀電極，燒結(jié)，保溫2 h，燒好的樣品機(jī)加工成￠20 mmX I mm的陶瓷片，再經(jīng)超聲清洗后被覆銀電極，燒銀溫度800°C，最后在110°C 120°C的硅油中極化15 mi n，極化場強(qiáng)為3400 V/mm^3600 V/mm，極化好的樣品靜置24 h后測量。該壓電材料的缺點是機(jī)電轉(zhuǎn)換效率較低，電容量小，保存電荷少，不適于用作壓電發(fā)電振子。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對上述不足，本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題在于提供一種壓電陶瓷材料及其制備方法，其機(jī)電轉(zhuǎn)換效率高。本專利技術(shù)采用的基本思路是一種壓電陶瓷材料，其特征在于，主配方包括(質(zhì)量百分比)Pb3O4 54% 56%、BaCO3 12% 14%、Bi2O3 0. 4% 0. 5%、WO3 0. 2% 0. 3%、TiO2 10% 12%、ZrO218%20%,主配方各組分總和100% ；以主配方全部組份質(zhì)量質(zhì)量總和為基礎(chǔ)，添加鑭系稀土氧化物及金屬氧化物0. 7%。所述的鑭系稀土氧化物選自氧化釹，氧化鑭或氧化鈰中的一種或兩種以上混合。所述的金屬氧化物選自氧化錫、氧化鉻中的一種或兩種以上混合。所述的壓電陶瓷材料應(yīng)用于制備壓電發(fā)電振子。本專利技術(shù)所述的壓電陶瓷材料的制備方法具體包括以下步驟步驟一，按配方稱料；步驟二，一次球磨；步驟三，預(yù)燒；步驟四，二次球磨。本專利技術(shù)所述的所述的壓電陶瓷材料制備壓電發(fā)電振子的方法具體包括步驟步驟a,造粒干壓；步驟b,排膠；步驟c,燒結(jié)；步驟d,按尺寸磨片；步驟e,印銀；步驟f,燒銀；步驟g，極化。本專利技術(shù)具有以下有益效果 第一，通過添加鑭系稀土氧化物，有利于提高壓電陶瓷材料的穩(wěn)定性，使得制成的壓電發(fā)電振子的性能指標(biāo)穩(wěn)定，超過原二元素材料指標(biāo)，使靈敏度增加，諧振頻率變化率減小， 電容量變化率減小，余震變化率減小，使得成品合格率顯著提高，達(dá)到86. 5%以上。第二，由于機(jī)電轉(zhuǎn)換效率高，電容量大，保存電荷多，適合于用作壓電發(fā)電振子，實驗測得，本專利技術(shù)的壓電陶瓷材料機(jī)電耦合系數(shù)Kp>70%，介電常數(shù)￡>4000，壓電常熟d33d33>500o具體實施例方式為了便于對專利技術(shù)的進(jìn)一步理解，下面對本專利技術(shù)的具體實施方式做詳細(xì)的說明。在以下實施例中，為了簡化描述，將壓電陶瓷材料制備方法和利用該壓電陶瓷材料制備壓電發(fā)電振子的方法合并進(jìn)行了描述，其中，步驟一至步驟四為壓電陶瓷的制備方法，步驟a至步驟h為利用該壓電陶瓷材料制備壓電發(fā)電振子的方法。一種壓電陶瓷材料，其特征在于，主配方包括(質(zhì)量百分比)=Pb3O4 549^56%、BaCO312% 14%、Bi2O3 0. 4% 0. 5%、WO3 0. 2% 0. 3%、TiO2 10% 12%、ZrO2 18% 20%，主配方各組分總和100% ;以主配方全部組份質(zhì)量質(zhì)量總和為基礎(chǔ)，添加鑭系稀土氧化物及金屬氧化物0. 7%。例如主配方全部組份質(zhì)量總和100g，添加鑭系稀土氧化物0. 7g,此時全部組份的總重量為100. 7g。實施例一 按質(zhì)量百分比計算主配方包括Pb304 54%,BaCO3 13. 7%,Bi2O3 0. 4%,WO3 0. 3%,TiO2 12%、ZrO2 19. 6%，主配方質(zhì)量總和為基礎(chǔ)，添加CeO2 0. 3%，及SnO2 0. 4%。制備方法包括如下步驟 步驟一，按配方稱料 將主配方包括(質(zhì)量百分比)的原料P Pb3O4 54%、BaCO3 13. 7%、Bi2O3 0. 4%、WO3 0. 3%、TiO2 12%、ZrO2 19. 6%，主配方質(zhì)量總和為基礎(chǔ)的CeO2 0. 3%，及SnO2 0. 4%進(jìn)行配料； 步驟二,一次球磨 將步驟一的配制的原料于球磨機(jī)中混料，并加入鋼球，鋼球原料的重量比為3. 5 :1，球磨時間為6小時成為粉料，篩除鋼球得到粉料，將粉料烘干； 步驟三，預(yù)燒 將步驟二的烘干后的粉料放入氧化鋁坩堝內(nèi)，加蓋于850°C、50°C保溫2小時，預(yù)燒形成合成料，篩除鋼球，得到壓電陶瓷材料。步驟四，二次球磨 將步驟三的合成料再次于球磨機(jī)中，按照鋼球合成料的總量比為3. 5 :1，球磨6小時，篩除鋼球，得到壓電陶瓷材料。所述步驟二的球磨機(jī)為振動球磨機(jī)，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為750r/min。一種應(yīng)用所述的壓電陶瓷材料制備壓電發(fā)電振子的方法，包括如下步驟 步驟a，造粒干壓 將所述的粉料烘干，外加7wt%的聚乙烯醇水溶液進(jìn)行造粒，過篩后在400Mpa的壓強(qiáng)下壓制成型為坯體； 步驟b，排膠· 將步驟a的坯體升溫至100°C，保溫2小時，再升溫至200°C，保溫2小時，再升溫至300 V，保溫2小時，再升溫至400 V，保溫2小時，再升溫至500 V，保溫I小時，再升溫至600°C，保溫I小時，再升溫至750°C，保溫I小時，然后排膠； 步驟c,燒結(jié) 將步驟b排膠后的坯體采用鋯鈦酸鉛粉料埋燒，在1200°C 1300°C燒成70分鐘，隨爐冷卻，形成壓電陶瓷片； 步驟d,按尺寸磨片 將步驟c的燒結(jié)好的壓電陶瓷片打磨至厚度為0. 9^1. Imm的壓電陶瓷片； 步驟e，印銀 采用絲網(wǎng)印刷工藝在步驟d的壓電陶瓷片的上、下表面印刷銀漿，形成印銀制品；； 步驟f，燒銀 將步驟e的印銀制品置于加熱爐中，升溫至850°C，并保溫20分鐘，自然冷卻至室溫，形成燒銀制品； 步驟g，極化 將步驟f的燒銀制品，置于60°C 180°C的娃油中，施加3kv/mm 5kv/mm的直流電場，極化15分鐘，得到壓電發(fā)電振子。在實際應(yīng)用中，為了更好地保證成品的質(zhì)量，可以再實施如下步驟，當(dāng)然，以下步驟并非本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種壓電陶瓷材料，其特征在于，主配方包括(質(zhì)量百分比)=Pb3O4 549^56%、BaCO312% 14%、Bi2O3 0. 4% 0. 5%、WO3 0. 2% 0. 3%、TiO2 10% 12%、ZrO2 18% 20%，主配方各組分總和100% ;以主配方質(zhì)量總和為基礎(chǔ)，添加鑭系稀土氧化物及金屬氧化物0. 7%。2.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷材料，其特征在于所述的鑭系稀土氧化物選自氧化釹，氧化鑭、氧化鋪中的一種或兩種以上混合。3.如權(quán)利要求I或2所述的壓電陶瓷材料，其特征在于所述的金屬氧化物選自氧化錫、氧化鉻中的一種或兩種以上混合。4.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷材料，其特征在于，主配方包括(質(zhì)量百分比)=Pb3O454. 96%、BaCO3 12. 93%、Bi2O3 0. 47%、WO3 0. 24%、TiO2 11. 46%、ZrO2 19. 94%,以主配方質(zhì)量總和為基礎(chǔ)，添加CeO2 0.3%，及SnO2 0.4%。5.如權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷材料，其特征在于，主配方包括(質(zhì)量百分比)=Pb3O454. 71%、BaCO3 13. 32%、Bi2O3 0. 48%、WO3 0. 24%、TiO2 11. 41%、ZrO2 19. 84%,以主配方質(zhì)量總和為基礎(chǔ)，添加CeO2 0.3%，及SnO2 0.4%。6.權(quán)利要求I至5中任何一項所述的壓電陶瓷材料應(yīng)用于制備壓電發(fā)電振子。7.—種權(quán)利要求I所述的壓電陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一，按配方稱料 將主配方包括(質(zhì)量百分比)的原料Pb304 54% 56%、BaCO3 12% 14%、Bi2O3 0. 4% 0. 5%、WO3 0. 2% 0. 3%、TiO2 10% 12%、ZrO2 18% 20%，鑭系稀土氧化物及金屬氧化物按主配方質(zhì)量總和為基礎(chǔ)的0. 7%進(jìn)行配料； 步驟二,一次球磨 將步驟一的配制的原料于球磨機(jī)中混料，并加入鋼...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許世甫，廖明成，
申請(專利權(quán))人：成都匯通西電電子有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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