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纳米压电陶瓷材料的制备方法与流程

作者:888扑克手机版 发布时间:2020-08-04 08:18 点击数:

  压电陶瓷能够实现机械能与电能之间的相互转换,利用压电陶瓷制成的机 电设备:如传感器、换能器等已经被广泛应用在了军事、国防、医疗以及人类 生产生活的各个领域。PZT基压电陶瓷自从发现以来由于其优异的电学性能是 应用最广泛一类陶瓷材料。目前,在功率型超声换能器中使用的主要是硬性掺 杂的PZT基陶瓷,这类陶瓷压电应变常数d33偏低仅有230-330pC/N,严重影响 了电能与机械能之间的转换效率,另外该类材料的温度稳定性差,导致换能器 不适合在高温环境下使用并且使用寿命短,无法满足功率超声对器件的要求, 最终影响了功率超声领域的发展。

  因此,为了解决压电陶瓷性能低、温度稳定性差、使用寿命短等问题,有 必要开发一种制备纳米压电陶瓷材料的方法,使获得的纳米压电材料具有良好的 高压电性能高温度稳定性。

  本发明要解决的技术问题是,提供一种高压电性能高温度稳定性的纳米压电 陶瓷材料。

  为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:该纳米压电陶瓷材料, 组成重量配比:钛酸钡60-70份,氧化铝10-20份,纳米氧化镁2-7份,三氧化 二锑3-6份,二氧化锆1-10份,聚碳硅烷1-6份,氟化钠1-5份、氟硅酸钠1-6 份、氧化铈1-5份、废玻璃1-5份、碳化硅1-5份。

  可选地,钛酸钡62份,氧化铝13份,纳米氧化镁3份,三氧化二锑4份, 二氧化锆5份,聚碳硅烷1份,氟化钠2份、氟硅酸钠3份、氧化铈1份、废玻 璃3份、碳化硅3份。

  本发明进一步改进在于,废玻璃的成分按质量百分比计为:三氧化二铝4%, 三氧化二硼1%,氧化钙1%,氧化锌7.5%,氧化钡2%,三氧化二纳0.5%,氧 化钾3%,三氧化二铁0.5%,余量为二氧化硅。

  为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:该纳米压电陶瓷材料的 制备方法,包括以下步骤:

  (2)混合研磨:将步骤(1)中准备的原材料放入行星式球磨机中进行研磨,使 粉体混合均匀,粒径在100-500nm;

  (3)预烧:将步骤(2)中研磨后的粉末放入马弗炉中进行烧制,马弗炉的温度 在1000-1500度,烧制12-24h;

  (4)二次细磨:将步骤(3)中的烧制后的粉末再次放入行星式球磨机进行研磨, 以无水乙醇为介质,使粉体的粒径在50-100nm;

  (5)造粒:将步骤(4)中经二次研磨后的粉末加入粘合剂,每100g加入3g 粘合剂,进行造粒;

  (7)排塑:将步骤(6)的陶瓷坯放入马弗炉中加热排塑,排塑温度为600-700 度,排塑时间为2-4h;

  (8)烧结成型:将步骤(7)中经过排塑后的陶瓷坯放入通有氮气的马弗炉中进 行烧结,烧结时间为5-10h,烧结温度为1000-1600度,得到纳米压电陶瓷材料。

  本发明进一步改进在于,所述步骤(5)中的粘合剂为质量浓度为5%的聚乙 烯醇水溶液。

  本发明进一步改进在于,所述步骤(1)中的组份质量配比为:钛酸钡50-65 份,氧化铝10-20份,纳米氧化镁2-7份,三氧化二锑3-6份,二氧化锆1-10份, 聚碳硅烷1-6份,氟化钠1-5份、氟硅酸钠1-6份、氧化铈1-5份、废玻璃1-5 份、碳化硅1-5份。

  与现有技术相比,本发明具有的有益效果是:本发明的纳米压电陶瓷材料具 有良好的稳定性和实用性,且具有高压电性能高温度稳定性,可广泛应用于电池、 超声等等领域。

  为了加深对本发明的理解,下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述, 该实施例仅用于解释本发明,并不对本发明的保护范围构成限定。

  实施例1:该纳米压电陶瓷材料,其特征在于,组成重量配比:钛酸钡500g, 氧化铝100g,纳米氧化镁20g,三氧化二锑30g,二氧化锆10g,聚碳硅烷60g 份,氟化钠10g、氟硅酸钠10g、氧化铈10g、废玻璃10g、碳化硅10g,其中废 玻璃的成分按质量百分比计为:三氧化二铝4%,三氧化二硼1%,氧化钙1%, 氧化锌7.5%,氧化钡2%,三氧化二纳0.5%,氧化钾3%,三氧化二铁0.5%, 余量为二氧化硅。

  实施例2:钛酸钡620g,氧化铝130g,纳米氧化镁30g,三氧化二锑40g, 二氧化锆50g,聚碳硅烷10g,氟化钠20g、氟硅酸钠30g、氧化铈10g、废玻璃 30g、碳化硅30g;其中废玻璃的成分按质量百分比计为:三氧化二铝4%,三氧 化二硼1%,氧化钙1%,氧化锌7.5%,氧化钡2%,三氧化二纳0.5%,氧化钾 3%,三氧化二铁0.5%,余量为二氧化硅。

  实施例3:钛酸钡700g,氧化铝150g,纳米氧化镁40g,三氧化二锑50g, 二氧化锆70g,聚碳硅烷30g,氟化钠30g、氟硅酸钠50g、氧化铈30g、废玻璃 50g、碳化硅50g;其中废玻璃的成分按质量百分比计为:三氧化二铝4%,三氧 化二硼1%,氧化钙1%,氧化锌7.5%,氧化钡2%,三氧化二纳0.5%,氧化钾 3%,三氧化二铁0.5%,余量为二氧化硅。

  实施例4:钛酸钡700g,氧化铝200g,纳米氧化镁70g,三氧化二锑60g, 二氧化锆100g,聚碳硅烷60g,氟化钠50g、氟硅酸钠60g、氧化铈50g、废玻 璃50g、碳化硅50g;其中废玻璃的成分按质量百分比计为:三氧化二铝4%,三 氧化二硼1%,氧化钙1%,氧化锌7.5%,氧化钡2%,三氧化二纳0.5%,氧化 钾3%,三氧化二铁0.5%,余量为二氧化硅。

  (2)混合研磨:将步骤(1)中准备的原材料放入行星式球磨机中进行研磨,使 粉体混合均匀,粒径在100-500nm;

  (3)预烧:将步骤(2)中研磨后的粉末放入马弗炉中进行烧制,马弗炉的温度 在1000度,烧制24h;

  (4)二次细磨:将步骤(3)中的烧制后的粉末再次放入行星式球磨机进行研磨, 以无水乙醇为介质,使粉体的粒径在50-100nm;

  (5)造粒:将步骤(4)中经二次研磨后的粉末加入粘合剂,每100g加入3g 粘合剂,进行造粒;粘合剂为质量浓度为5%的聚乙烯醇水溶液;

  (7)排塑:将步骤(6)的陶瓷坯放入马弗炉中加热排塑,排塑温度为600度, 排塑时间为4h;

  (8)烧结成型:将步骤(7)中经过排塑后的陶瓷坯放入通有氮气的马弗炉中进 行烧结,烧结时间为10h,烧结温度为1000度,得到纳米压电陶瓷材料。

  (2)混合研磨:将步骤(1)中准备的原材料放入行星式球磨机中进行研磨,使 粉体混合均匀,粒径在100-500nm;

  (3)预烧:将步骤(2)中研磨后的粉末放入马弗炉中进行烧制,马弗炉的温度 在1200度,烧制17h;

  (4)二次细磨:将步骤(3)中的烧制后的粉末再次放入行星式球磨机进行研磨, 以无水乙醇为介质,使粉体的粒径在50-100nm;

  (5)造粒:将步骤(4)中经二次研磨后的粉末加入粘合剂,每100g加入3g 粘合剂,进行造粒;粘合剂为质量浓度为5%的聚乙烯醇水溶液;

  (7)排塑:将步骤(6)的陶瓷坯放入马弗炉中加热排塑,排塑温度为650度, 排塑时间为2h;

  (8)烧结成型:将步骤(7)中经过排塑后的陶瓷坯放入通有氮气的马弗炉中进 行烧结,烧结时间为5h,烧结温度为1300度,得到纳米压电陶瓷材料。

  将实施例1至实施例4均采用实施例5和实施例6的方法制备的纳米压电陶瓷材 料分别进行性能测试,试验结果分别如表1:

  表1实施例1-4分别采用实施例5和实施例6的方法制得的纳米压电陶瓷材 料的性能测试

  同时将上述8种实验样品进行稳定性测试,将其应用在零下10摄氏度、20 摄氏度、30摄氏度下使用,在1个月、3个月、6个月、9个月、12个月分别进 行介电常数、耐压强度和断裂韧性检测,在前6个月时,介电常数、耐压强度和 断裂韧性均没有变化,说明该纳米压电陶瓷材料具有很好的稳定性和耐寒性,在 在9个月-12个月时,介电常数下降了1.0%,耐压强度和断裂韧性均下降了0.8% 左右。

  对于本领域的普通技术人员而言,具体实施例只是对本发明进行了示例性描 述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思 和技术方案进行的各种非实质性的改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案 直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。


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