新型壓電陶瓷的研制

摘 要：自居里兄弟發(fā)現(xiàn)壓電效應及逆壓電效應以來，壓電材料得到了迅猛發(fā)展，各種具有優(yōu)異性能的壓電陶瓷及單晶相繼被科研工作者發(fā)明和發(fā)現(xiàn)。針對現(xiàn)有的壓電陶瓷介電損耗低仍然很高，無法滿足要求的技術問題，本文通過優(yōu)化摻雜相組成和燒結工藝，提供了一種具有介電損耗低，壓電系數(shù)高等特點的壓電陶瓷材料。

關鍵詞：壓電陶瓷;摻雜;燒結

信息功能陶瓷材料是新材料領域的一個重要分支，而它被劃分為電子功能材料?，F(xiàn)在，它被廣泛地應用于軍用（戰(zhàn)斗機、魚雷、雷達等）和民用（手機、電視、電腦、冶金、石油、化工等）。自居里兄弟發(fā)現(xiàn)壓電效應及逆壓電效應以來，壓電材料得到了迅猛發(fā)展，各種具有優(yōu)異性能的壓電陶瓷及單晶相繼被科研工作者發(fā)明和發(fā)現(xiàn)。由于實驗條件的限制，制備出電容器器件還是比較困難的;而反鐵電儲能材料，具有小體積、大容量、超高耐壓的儲能特性，是材料研究領域一個新的研究熱點之一。[1-2]然而，現(xiàn)有的壓電陶瓷介電損耗低仍然很高，無法滿足要求。本研究提供了一種具有介電損耗低，壓電系數(shù)高等特點的壓電陶瓷材料。

1 實驗

1.1 測試樣品制備

本研究的陶瓷材料是以BaCO3和TiO2為主要原料，以鈣相、鋯相、鈷相和鐠相作為摻雜劑制備而成;鈣相、鋯相、鈷相和鐠相分別是CaCO3、ZrO2、Co2O3和Pr6O11;BaCO3、TiO2、CaCO3、ZrO2的摩爾比為（Ba0.85Ca0.15）（Zr0.1Ti0.9）O3，Co2O3的質量百分比含量為0.025wt%;Pr6O11的質量百分比含量為0.025wt%。

該陶瓷材料通過如下方法制備：

（1）配料：取主要原料和摻雜劑，分別在100℃的烘箱里烘8h，烘干，備用;（2）混料：將烘干的主要原料和摻雜劑混合，拌勻，得混合物;（3）合成：將混合物在1200℃的環(huán)境中煅燒3h，然后隨爐自然冷卻，得合成物;（4）粉碎：將合成物粉碎，得粉末，然后將粉末烘干，得烘干的粉末，粉末的粒度為10μm;（5）成型：在烘干的粉末中加入石蠟，使其粘合，然后在20 MPa 的壓力下壓成直徑為13mm的圓片;（6）燒結：燒結過程采用二段式燒結工藝，二段式燒結工藝的具體過程包括：在1400℃下保溫2小時，然后升溫至1550℃保溫2小時，隨爐自然冷卻后取出，得燒結物;（7）被電極及極化處理：將燒結物進行被電極和極化處理，得鈦酸鋇壓電陶瓷;其中，被電極及極化處理是先在燒結物的兩面涂上銀漿，然后施行電極進行極化。

1.2 對比樣品制備

為了驗證測試樣品的效果，本研究還制備了三組對比樣品，其僅改變了摻雜相和燒結工藝，其它與測試樣品的制備過程完全一致，具體實驗方案如下：

上述結果表明，本研究通過優(yōu)化摻雜相和燒結工藝能夠在充分保證壓電常數(shù)在合理范圍的基礎上，進一步降低介電損耗，即在保證壓電常數(shù)在300～350范圍內的基礎上，介電損耗可以降低至1.0%。與傳統(tǒng)的BCZT基壓電陶瓷相比，本研究的陶瓷材料具有介電損耗低，且壓電常數(shù)較高的有益效果。

參考文獻：

[1]劉文鳳，周超，高景輝，薛德幀.無鉛壓電陶瓷的研究進展.中國材料進展，2016-6，35（6）：423-428.

[2]鄭木鵬，侯育冬，朱滿康，嚴輝.能量收集用壓電陶瓷材料研究進展.硅酸鹽學報，2016-4，44（3）：359-266.

作者簡介：齊亞男，男，工程師，研究方向：復合材料、機械設備。