钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷及其制备方法和压电器件与流程

本发明涉及压电陶瓷，特别是涉及一种钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷及其制备方法和压电器件。

背景技术：

1、现代科学技术发展至今，驱动器和传感器都在向小型化发展，在实际应用中对这些传感器及电子设备的性能要求也在不断提高，尤其是应用于航空航天、武器装备、信息通讯、探测及一些高端设备中的材料，要求它们在高温环境中应该仍具有高的灵敏度及可靠性，这就对这些材料提出了新的挑战。最近几年高温压电陶瓷材料凭借其新颖性、广阔的应用前景和在工业生产中的重要性成为了国内外研究热点之一。在实际应用中，当温度升高时会使压电材料产生退极化，导致其压电性变差甚至消失，压电器件的灵敏度降低或者失效，这都会给实际生产和生活带来麻烦或造成不必要的损失，所以一般压电陶瓷器件的安全使用温度一般限制在其居里温度(tc)的一半以下。为了克服这些限制，高温压电陶瓷的研究致力于开发新型的压电材料，以满足高温应用的需求。这些新型材料通常需要具有较高的压电常数和高居里温度，能够在高温条件下保持稳定的性能。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对如何保持温度稳定性问题，提供一种钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷及其制备方法和压电器件。

2、一种钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷，所述钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的化学通式为：t(0.36bs-0.64pt)-(1-t)(0.52pz-0.48pt)，其中，0.05≤t≤0.3，t为摩尔比。

3、本发明将一种bs作为第三组元加入到pzt体系中，得到了新三元体系t(0.36bs-0.64pt)-(1-t)(0.52pz-0.48pt)压电陶瓷，该系列陶瓷制备简单、配方稳定的同时，居里温度均高于480℃，很好地解决了商用压电陶瓷温度稳定性差的问题。

4、在一个可行的实现方式中，所述钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的化学通式为：t(0.36bs-0.64pt)-(1-t)(0.52pz-0.48pt)，其中，t为0.05、0.1、0.2或者0.3。

5、一种钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

6、基于化学通式t(0.36bs-0.64pt)-(1-t)(0.52pz-0.48pt)的化学计量比，其中0.05≤t≤0.3，t为摩尔比，将pbo粉体、zro2粉体、tio2粉体、bi2o3粉体和sc2o3粉体混合均匀，烘干后进行预烧结处理，充分反应后得到预烧粉体；

7、将所述预烧粉体进行造粒，之后压制成型，得到陶瓷生胚片；以及

8、将所述陶瓷生胚片进行排胶处理和烧结处理，得到钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷。

9、本发明技术方案的钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法工艺简单，采用上述制备方法制备得到的钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的居里温度均高于480℃，很好地解决了商用压电陶瓷温度稳定性差的问题。

10、在一个可行的实现方式中，将pbo粉体、zro2粉体、tio2粉体、bi2o3粉体和sc2o3粉体混合均匀的操作中，加入0.5wt.％过量bi2o3粉体和pbo粉体。

11、在一个可行的实现方式中，所述预烧结处理的温度为800℃～900℃，所述预烧结处理的时间为2h～3h，所述预烧结处理的升温速率为5℃/min～10℃/min。

12、在一个可行的实现方式中，将所述预烧粉体进行造粒之前，还包括如下步骤：对所述预烧粉体进行球磨处理，转速为250r/min～300r/min，时间为16h～20h。

13、在一个可行的实现方式中，所述造粒的操作为：将所述预烧粉体与粘合剂混合均匀，之后过100目筛网；其中，所述粘合剂的质量百分含量为5％～8％。

14、在一个可行的实现方式中，所述排胶处理的温度为600℃～700℃，所述排粘处理的保温时间为4h～5h，升温速率为1℃/min～3℃/min；

15、所述烧结处理的温度为1100℃～1150℃，所述烧结处理的保温时间为2h～3h，升温速率为5℃/min～8℃/min。

16、在一个可行的实现方式中，还包括涂银和极化的步骤。

17、一种压电器件，包括上述的钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷或者上述任一的钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法制备得到的钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷。

18、本发明技术方案的压电器件包括上述钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷，该系列陶瓷制备简单、配方稳定的同时，居里温度均高于480℃，很好地解决了商用压电陶瓷温度稳定性差的问题。

技术特征：

1.一种钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷，其特征在于，所述钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的化学通式为：t(0.36bs-0.64pt)-(1-t)(0.52pz-0.48pt)，其中，0.05≤t≤0.3，t为摩尔比。

2.根据权利要求1所述的钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷，其特征在于，所述钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的化学通式为：t(0.36bs-0.64pt)-(1-t)(0.52pz-0.48pt)，其中，t为0.05、0.1、0.2或者0.3。

3.一种钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，将pbo粉体、zro2粉体、tio2粉体、bi2o3粉体和sc2o3粉体混合均匀的操作中，加入0.5wt.％过量bi2o3粉体和pbo粉体。

5.根据权利要求3所述的钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述预烧结处理的温度为800℃～900℃，所述预烧结处理的时间为2h～3h，所述预烧结处理的升温速率为5℃/min～10℃/min。

6.根据权利要求3所述的钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，将所述预烧粉体进行造粒之前，还包括如下步骤：对所述预烧粉体进行球磨处理，转速为250r/min～300r/min，时间为16h～20h。

7.根据权利要求3所述的钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述造粒的操作为：将所述预烧粉体与粘合剂混合均匀，之后过100目筛网；其中，所述粘合剂的质量百分含量为5％～8％。

8.根据权利要求3所述的钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述排胶处理的温度为600℃～700℃，所述排粘处理的保温时间为4h～5h，升温速率为1℃/min～3℃/min；

9.根据权利要求3所述的钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，还包括涂银和极化的步骤。

10.一种压电器件，其特征在于，包括权利要求1或者2所述的钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷或者权利要求3～9中任一项所述的钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法制备得到的钪酸铋-锆钛酸铅压电陶瓷。

技术总结
本发明涉及一种钪酸铋‑锆钛酸铅压电陶瓷及其制备方法和压电器件。钪酸铋‑锆钛酸铅压电陶瓷的化学通式为：t(0.36BS‑0.64PT)‑(1‑t)(0.52PZ‑0.48PT)，其中，0.05≤t≤0.3，t为摩尔比。本发明将一种BS作为第三组元加入到PZT体系中，得到了新三元体系t(0.36BS‑0.64PT)‑(1‑t)(0.52PZ‑0.48PT)压电陶瓷，该系列陶瓷制备简单、配方稳定的同时，居里温度均高于480℃，很好地解决了商用压电陶瓷温度稳定性差的问题。此外，本发明还涉及一种上述钪酸铋‑锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法，以及包括上述钪酸铋‑锆钛酸铅压电陶瓷的压电器件。

技术研发人员：庞淑婷,曹文武
受保护的技术使用者：江苏省声学产业技术创新中心
技术研发日：
技术公布日：2025/1/6