专利名称：钨青铜结构偏铌酸铅高温陶瓷的制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明钨青铜结构偏铌酸铅高温陶瓷的制备工艺涉及高温压电陶瓷，PbNb2O6压电陶瓷具有许多突出的特点，如低的品质因素(Qm＜10)、单一的振动模式(Kt＞＞Kr)和高的居里温度(Tc=570℃)等，故在工业检测、医疗诊断与高温传感器方面有着十分广阔的应用前景。但对于纯的PbNb2O6压电陶瓷而言，其铁电相位于高温区(1230℃以上)，必须用淬冷的技术把它冻结到常温区或低温区进行使用，从而使PbNb2O6压电陶瓷压电陶瓷材料与元件的制备变得十分困难，况且铁电相在常温下是很不稳定的，因而大大限制了这种材料的广泛应用。多年来虽然在材料的组成上做了许多工作，从置换与添杂的角度出发对材料进行改性，取得了很好的效果，但是由于仍沿用传统的工艺技术，使批量生产只能限制在100～1000克的范围而无法扩大，而且性能差异极大，极化成品率也很低，元件在高温使用时还会出现脱氧的情况，使绝缘电阴率激剧下降，以至不能使用，导致在组装传感器时，要充氧气，对应用造成十分大的困难，针对这些情况，为PbNb2O6压电陶瓷寻找一套适合大批量生产优良产品的工艺技术已迫切需要。
本发明的目的在于要提供一种能大批量生产优质钨青铜结构偏铌酸铅高温陶瓷新的制备工艺。
本发明是这样实现的，钨青铜结构偏铌酸铅高温陶瓷的制备工艺，其陶瓷组合物的通式为Pb1-xMexNb2O6(基料)+添加物ywt％(以基料总重量为100计)，其中Me=Ca+2、Ba+2；x=0．02～0．12；添加物为Sm2O3、Ce2O3、Nd2O3及Te2，y=0．03～0．3 ％，其制备的具体工艺过程如下(1)，粉料合成将按所述通式化学计量的PbNb2O6，纳米级(～100nm)的CaO、BaO、TiO2与Sm2O3、Ce2O3、Nd2O3及Te2混合，在玛璃球磨机中，料球比=1∶1．5，进行混料6～8小时，将粉末取出压块(压力100MPa)在烧结炉中以升温速度2～5℃／分，将其加热至850℃，并保温2小时后以＞250℃／分的冷却速度，冷却至室温，再将压块取出粉碎置入球磨机中细磨6～8小时后，将粉料移至烧结炉中以2～5℃／分的升温速度升至1260～1270℃，保温2小时后以＞250℃／分的冷却速度，冷却至室温，并移至球磨机中细磨32～48小时，即得本发明陶瓷合成粉料，取出备用；(2)，陶瓷的烧成与极化将(1)所得粉料，以加粘合剂干压成型的方式制得本发明压电陶瓷生坯，生坯排塑后，置入氧化铝坩埚中，在烧结炉中以升温速度2～5℃／分的速度，将其在1290～1315℃下进行烧结，保温0～0．5小时，以250℃／分的冷却速度进行冷却，取出经冷加工修整后，再置于八片搁架中在5000V／mm／180℃／100m进行大功率极化后，即得本发明压电陶瓷成品。
其中，所用球磨机的玛璃磨球的球径为5～15mm。
其中，陶瓷元件的冷加工精度为±0．005mm。
本发明优点是，使陶瓷的粉料制备由已有的100～1000克提高了10公斤，并提高了陶瓷元件的体密度、绝缘电阻、压电性能及一致性等，同时也提高了产品的成品率，且技术简便、易于掌握。
以下实施例将对本发明的技术特征作进一步说明实施例1钨青铜结构偏铌酸铅高温陶瓷的制备工艺包括陶瓷粉料的合成，陶瓷元件的烧成、极化，其具体过程如下(1)，粉料合成将按所述通式化学计量的PbNb2O6，化学纯的CaO、BaO、TiO2与Sm2O3、Ce2O3、Nd2O3及Te2混合，在玛璃球磨机中，料球比=1∶1．2所用球磨机的玛璃磨球的球径为5～15mm，进行混料4小时，混合后的粉料经低温850℃，保温2小时，然冷却至室温，再送玛璃球磨机球磨24小时，得混合粉末，取出备用；(2)，陶瓷的烧成与极化将从(1)所得混合粉末，以加粘合剂干压成型的方式制得本发明压电陶瓷生坯，生坯排塑后，置入氧化铝坩埚中，在烧结炉中以升温速度2～5℃／分，将其加热至1315℃，保温1小时，自然冷却，取出经冷加工修整后，冷加工精度为±0．005mm，再置于搁片架中在5000V／mm／180℃／20mA下进行单片极化后，即得压电陶瓷成品。
实施例2(1)，粉料合成除CaO、BaO、TiO2采用纳米级(～100nm)外，其余原料同实施例1，原料在玛璃球磨机中的料球比=1∶1．5进行混料6小时，将粉末移至烧结炉中以2～5℃／分的升温速度升至850℃，保温2小时后，以冷却速度＞100℃冷却至室温，并再移至球磨机中细磨32小时，得混合粉末，取出备用；(2)，陶瓷的烧成与极化将从(1)所得混合粉末，以加粘合剂干压成型的方式制得本发明压电陶瓷生坯，生坯排塑后，置入氧化铝坩埚中，在烧结炉中以升温速度2～5℃／分的速度，将其在1315℃下进行烧结，保温1小时，以＞100℃／分的冷却速度进行冷却，取出经冷加工修整后，冷加工精度同实施例1，再置于搁片架中在5000V／mm／180℃／20mA进行八片一次的极化后，即得压电陶瓷成品。
实施例3(1)，粉料合成中，原料组成同实施例2，在玛璃球磨机中的球料比同实施例2，混料7小时，将所得混合料在压力=100MPa下进行压块，以2～5℃／分的升温速度将其加热至850℃下保温2小时后，再将块料粉碎，以冷却速度＞200℃快速冷却至室温，送玛璃球磨机进行细磨40小时，取出粉末，将其移至烧结炉中，以2～5℃／分的升温速度将其加热至1270℃，保温2小时，以冷却速度＞200℃快速冷却至室温，得粉末待用；(2)陶瓷的烧成与极化将从(1)所得的粉末浇注成陶瓷件生坯，排塑后置氧化铝坩埚中送烧结炉以2～5℃／分的升温速度，将其加热至1310℃，保温0．5小时，以冷却速度＞200℃快速冷却至室温，坯件经修整，冷加工精度同实施例1，再置于搁片架中在5000V／mm／180℃／100mA进行八片一次的极化后，即得本发明压电陶瓷成品。
实施例4(1)，粉料合成中，原料组成同实施例2，原料在玛璃球磨机中的球料比同实施例2，混料8小时，将所得混合粉料在压力=100MPa下进行压块，以2～5℃／分的升温速度将其加热至850℃下保温2小时后，再将块料粉碎，以冷却速度＞250℃快速冷却至室温，送玛璃球磨机进行细磨48小时，取出粉末，以2～5℃／分的升温速度将其加热至1260℃，保温2小时，以冷却速度＞250℃快速冷却至室温，得粉末待用；(2)陶瓷的烧成与极化将从(1)所得的粉末浇注成陶瓷件生坯，排塑后置氧化铝坩埚中送烧结炉以2～5℃／分的升温速度，将其加热至1290℃，以冷却速度＞250℃快速冷却至室温，坯件经修整送极化，冷加工精度及极化条件同实施例3，得本发明压电陶瓷成品。
实施例1～4所得钨青铜结构偏铌酸铅高温陶瓷成品性能的测试结果列表如下
表1、普通制备工艺与本发明制备的元件性能对照表 表2、各实施例的工艺技术 表3、各实施例的结果
权利要求
1，一种钨青铜结构偏铌酸铅高温陶瓷的制备工艺，其陶瓷组合物的通式为Pb1-xMexNb2O6(基料)+添加物ywt％(以基料总重量为100计)，其中Me=Ca+2、Ba+2；x=0．02～0．12；添加物为Sm2O3、Ce2O3、Nd2O3及Te2，y=0．03～0．3％，其特征在于其制备的具体工艺过程如下(1)，粉料合成将按所述通式化学计量的PbNb2O6，纳米级(～100nm)的CaO、BaO、TiO2与Sm2O3、Ce2O3、Nd2O3及Te2混合，在玛璃球磨机中，料球比=1∶5，进行混料6～8小时，将粉末取出压块(压力100MPa)在烧结炉中以升温速度2～5℃／分，将其加热至850℃，并保温2小时后以＞250℃／分的冷却速度，冷却至室温，再将压块取出粉碎置入球磨机中细磨6～8小时后，将粉料移至烧结炉中以2～5℃／分的升温速度升至1260～1270℃，保温2小时后以＞250℃／分的冷却速度，冷却至室温，并移至球磨机中细磨32～48小时，即得本发明陶瓷合成粉料，取出备用；(2)，陶瓷的烧成与极化将(1)所得粉料，以加粘合剂干压成型的方式制得本发明压电陶瓷生坯，生坯排塑后，置入氧化铝坩埚中，在烧结炉中以升温速度2～5℃／分的速度，将其在1290～1315℃下进行烧结，保温0～0．5小时，以250℃／分的冷却速度进行冷却，取出经冷加工修整后，再置于八片搁架中在5000V／mm／180℃／10min条件下，进行大功率极化后，即得本发明压电陶瓷成品。
2，根据权利要求1所述的钨青铜结构偏铌酸铅高温陶瓷的制备工艺，其特征在于，所用球磨机的玛璃磨球的球径为5～15mm。
3，根据权利要求1所述的钨青铜结构偏铌酸铅高温陶瓷的制备工艺，其特征在于，陶瓷元件的冷加工精度为±0．005mm。
全文摘要
本发明钨青铜结构偏铌酸铅高温陶瓷的制备工艺涉及高温压电陶瓷,包括采用纳米原料,压块与粉末复合以及高低温相结合的粉料合成工艺,改进球磨条件和多次混合现细磨、严格控制烧结温度、缩短保温时间以及适当的快冷速度、冷加工精度与增大极化功率等。采用本发明的技术可使陶瓷粉料的制备量提高到10公斤,并提高了陶瓷元件的体密度、绝缘电阻、压电性能及一致性等,同时也提高了产品的成品率,且技术简便、易于掌握。
文档编号C04B35/622GK1295047SQ0012791
公开日2001年5月16日 申请日期2000年12月15日 优先权日2000年12月15日
发明者李承恩, 秦俊侠, 李广成, 李明祥, 倪焕尧 申请人:上海联能科技有限公司