一种低温制备的具有超高压电常数的pzt基压电陶瓷
技术领域
1.本发明领域属于压电陶瓷材料领域，具体涉及一种低温制备的具有超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
背景技术：
2.pzt基压电陶瓷因其优异的电学性能而得到了广泛的研究。超高d
33
（》900 pc/n）的压电陶瓷可应用于压电加速度计、超声成像压电探头、压电能量捕获器等高灵敏度探测器或传感器、压电人体健康监测系统等。一般将ag-pd电极用于多层陶瓷的内电极，其共烧温度范围为900～960
ꢀ°
c。传统pzt压电陶瓷在约1200
ꢀ°
c高温下烧结，因此内部电极不能在这么高的温度下使用ag-pd电极，而纯pd或pt电极层也会扩散到陶瓷层，导致陶瓷电学性能的恶化，从而影响多层器件的可靠性。
技术实现要素：
3.本发明的目的在于针对现有技术的不足，本发明的第一个目的是提供一种低温制备的具有超高压电常数的pzt基压电陶瓷材料配方，该压电陶瓷烧结温度低，并且兼具超高的压电性能；本发明的第二个目的是提供上述低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的制备方法，以降低pzt基压电陶瓷的烧结温度，同时提高压电性能。
4.针对本发明的第一个发明目的，本发明提供一种低温制备的具有超高压电常数的pzt基压电陶瓷，该压电陶瓷的化学通式为pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025。
[0005]
针对本发明的第二个发明目的，通过在pzt基压电陶瓷中引入多种元素li、ca、sm、eu、gd、ni、nb进入a或b位，在900～960
ꢀ°
c的烧结温度下，制备得到兼具超高压电性能的pzt基压电陶瓷，具体工艺步骤如下：(1) pzt基陶瓷粉体的制备按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025，计算称量各原料，将各原料通过球磨破碎并混合均匀后，在750 ~850
ꢀ°
c下保温2~4 h，保温结束后冷却至室温并再次球磨破碎，得到pzt基陶瓷粉体；(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入5~10 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然后将所得粒料压制成片，得到pzt基陶瓷片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片排胶后在900~960
ꢀ°
c下保温烧结2~4 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4)极化将步骤（3）所得得到烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆5~15 wt%的银浆后，在650~
750
ꢀ°
c下保温烧结10~20 min，保温结束后冷却至室温，然后在硅油中进行极化，得到超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0006]
上述方法中，步骤（1）中两次球磨的具体工艺优选为：以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以100~450 rmp的转速球磨10~24 h，球磨后进行干燥。所述干燥可以是在烤灯下烘烤2~3小时。
[0007]
上述方法中，将所得粒料压制成片的具体工艺优选为：在10~20 mpa的压力下压制成直径约为10~15 mm，厚度约为0.8~1.2 mm的超高压电常数的pzt基压电陶瓷片。
[0008]
上述方法中，步骤（2）中所述聚乙烯醇溶液的浓度为最好为5~10 wt%。
[0009]
上述方法中，步骤(3)中排胶的具体工艺优选为：将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在450~550
ꢀ°
c下保温4~10 h。
[0010]
上述方法中，步骤（4）中在硅油中进行极化的具体工艺为：在60~120
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为2~5 kv/mm条件下保持电场强度15~30 min。
[0011]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、本发明提供的超高压电常数的pzt基压电陶瓷，烧结温度低，为900～960
ꢀ°
c并具有良好的压电性能，d
33
高达936 pc/n，在室温下利用安捷伦4294a精密阻抗仪在1 khz的频率下测得介电损耗不大于千分之三，且居里温度大于110
ꢀ°
c，如图3所示。
[0012]
2、本发明提供的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷，其物相为纯钙钛矿相，如图1所示，加入的li、ca、sm、eu、gd、ni、nb元素提高了烧结活性降低了烧结温度使晶粒致密均匀且生长充分，致密，并得到了超高的d
33
。
附图说明
[0013]
图1是实施例1～7制备得到的压电陶瓷材料的x射线衍射（xrd）图谱。
[0014]
图2是实施例1～7制备得到的压电陶瓷材料的压电性能图。
[0015]
图3是实施例1～7制备得到的压电陶瓷材料的介电常数随温度的变化。
[0016]
图4是实施例5制备得到的压电陶瓷材料的电声器件示意图。
具体实施方式
[0017]
下面通过具体实施方式对本发明所述低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷作进一步说明。
[0018]
实施例1(1) pzt基陶瓷粉体的制备按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025，（x=0, y=0, u=0.55, v=0.025）计算称量各原料，以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以100 rmp的转速球磨24 h，球磨后烤灯下烘烤2小时进行干燥得到混合粉料，将所得混合粉料在800
ꢀ°
c下保温3 h，保温结束后冷却至室温并再次按照相同方法进行第二次球磨，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥，得到pzt基陶瓷粉体；
(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入浓度为10 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然后在10 mpa的压力下压制成直径约为10 mm，厚度约为1.2 mm的pzt基压电陶瓷圆片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在550
ꢀ°
c下保温4 h进行排胶后，在960
ꢀ°
c下保温烧结3 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4) 极化将步骤（3）所得烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆10 wt%的银浆后，在650
ꢀ°
c下保温烧结20 min，保温结束后冷却至室温，然后在50
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为3 kv/mm条件下保持电场强度15 min进行极化，得到低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0019]
制得的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的xrd图谱见图1，图1表明pzt压电陶瓷为纯钙钛矿相；采用中科院声学所的zj-3型准静态d
33
仪，测得的压电系数的d
33
见图2，为252 pc/n；利用安捷伦4980a精密阻抗仪连接温控炉测得介电常数随温度的变化，可从图3得到样品的居里温度为112
ꢀ°
c。
[0020]
实施例2(1) pzt基陶瓷粉体的制备按照通式按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025表示，（x=0.014, y=0, u=0.55, v=0.025）计算称量各原料，以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以450 rmp的转速球磨10 h，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥得到混合粉料，将所得混合粉料在750
ꢀ°
c下保温4 h，保温结束后冷却至室温并再次按照相同方法进行第二次球磨，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥，得到pzt基陶瓷粉体；(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入浓度为8 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然后在20 mpa的压力下压制成直径约为14 mm，厚度约为0.9 mm的pzt基压电陶瓷圆片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在550
ꢀ°
c下保温4 h进行排胶后，在960
ꢀ°
c下保温烧结3 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4) 极化将步骤（3）所得烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆12 wt%的银浆后，在700
ꢀ°
c下保温烧结10 min，保温结束后冷却至室温，然后在120
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为3 kv/mm条件下保持电场强度30 min进行极化，得到低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0021]
制得的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的xrd图谱见图1，图1表明pzt压电陶瓷为纯钙钛矿相；采用中科院声学所的zj-3型准静态d
33
仪，测得的压电系数的d
33
见图2，为804 pc/n；利用安捷伦4980a精密阻抗仪连接温控炉测得介电常数随温度的变化，可从图3得到样品的居里温度为114
ꢀ°
c。
[0022]
实施例3(1) pzt基陶瓷粉体的制备
按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025表示，（x=0.016, y=0, u=0.55, v=0.025）计算称量各原料，以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以300 rmp的转速球磨18 h，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥得到混合粉料，将所得混合粉料在850
ꢀ°
c下保温2 h，保温结束后冷却至室温并再次按照相同方法进行第二次球磨，球磨后烤灯下烘烤2小时进行干燥，得到pzt基陶瓷粉体；(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入浓度为10 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然后在15 mpa的压力下压制成直径约为13 mm，厚度约为1mm的pzt基压电陶瓷圆片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在450
ꢀ°
c下保温10 h进行排胶后，在960
ꢀ°
c下保温烧结3 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4) 极化将步骤（3）所得烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆5wt%的银浆后，在750
ꢀ°
c下保温烧结10 min，保温结束后冷却至室温，然后在120
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为3 kv/mm条件下保持电场强度16min进行极化，得到低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0023]
制得的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的xrd图谱见图1，图1表明pzt压电陶瓷为纯钙钛矿相；采用中科院声学所的zj-3型准静态d
33
仪，测得的压电系数的d
33
见图2，为852 pc/n；利用安捷伦4980a精密阻抗仪连接温控炉测得介电常数随温度的变化，可从图3得到样品的居里温度为125
ꢀ°
c。
[0024]
实施例4(1) pzt基陶瓷粉体的制备按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025表示，（x=0.018, y=0, u=0.55, v=0.025）计算称量各原料，以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以200 rmp的转速球磨20 h，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥得到混合粉料，将所得混合粉料在800
ꢀ°
c下保温3 h，保温结束后冷却至室温并再次按照相同方法进行第二次球磨，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥，得到pzt基陶瓷粉体；(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入浓度为10 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然后在20 mpa的压力下压制成直径约为15 mm，厚度约为0.8mm的pzt基压电陶瓷圆片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在500
ꢀ°
c下保温8 h进行排胶后，在960
ꢀ°
c下保温烧结3 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4) 极化将步骤（3）所得烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆15 wt%的银浆后，在650
ꢀ°
c下保温烧结15 min，保温结束后冷却至室温，然后在120
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为3 kv/mm条件
下保持电场强度25 min进行极化，得到低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0025]
制得的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的xrd图谱见图1，图1表明pzt压电陶瓷为纯钙钛矿相；采用中科院声学所的zj-3型准静态d
33
仪，测得的压电系数的d
33
见图2，为879 pc/n；利用安捷伦4980a精密阻抗仪连接温控炉测得介电常数随温度的变化，可从图3得到样品的居里温度为124
ꢀ°
c。
[0026]
实施例5(1) pzt基陶瓷粉体的制备按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025表示，（x=0.02, y=0, u=0.55, v=0.025）计算称量各原料，以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以400 rmp的转速球磨11 h，球磨后烤灯下烘烤2小时进行干燥得到混合粉料，将所得混合粉料在750
°
c下保温4 h，保温结束后冷却至室温并再次按照相同方法进行第二次球磨，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥，得到pzt基陶瓷粉体；(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入浓度为6 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然后在18 mpa的压力下压制成直径约为10 mm，厚度约为1.2 mm的pzt基压电陶瓷圆片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在500
ꢀ°
c下保温7h进行排胶后，在960
ꢀ°
c下保温烧结3 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4) 极化将步骤（3）所得烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆10 wt%的银浆后，在750
ꢀ°
c下保温烧结12min，保温结束后冷却至室温，然后在120
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为3 kv/mm条件下保持电场强度30 min进行极化，得到低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0027]
制得的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的xrd图谱见图1，图1表明pzt压电陶瓷为纯钙钛矿相；采用中科院声学所的zj-3型准静态d
33
仪，测得的压电系数的d
33
见图2，为936 pc/n；利用安捷伦4980a精密阻抗仪连接温控炉测得介电常数随温度的变化，可从图3得到样品的居里温度为117
ꢀ°
c。
[0028]
实施例6(1) pzt基陶瓷粉体的制备按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025表示，（x=0.022, y=0, u=0.55, v=0.025）计算称量各原料，以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以100 rmp的转速球磨24 h，球磨后烤灯下烘烤2小时进行干燥得到混合粉料，将所得混合粉料在800
ꢀ°
c下保温3 h，保温结束后冷却至室温并再次按照相同方法进行第二次球磨，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥，得到pzt基陶瓷粉体；(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入浓度为10 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然
后在10 mpa的压力下压制成直径约为10mm，厚度约为1.2 mm的pzt基压电陶瓷圆片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在550
ꢀ°
c下保温4 h进行排胶后，在960
ꢀ°
c下保温烧结2 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4) 极化将步骤（3）所得烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆10 wt%的银浆后，在650
ꢀ°
c下保温烧结20 min，保温结束后冷却至室温，然后在120
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为3 kv/mm条件下保持电场强度15 min进行极化，得到低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0029]
制得的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的xrd图谱见图1，图1表明pzt压电陶瓷为纯钙钛矿相；采用中科院声学所的zj-3型准静态d
33
仪，测得的压电系数的d
33
见图2，为858 pc/n；利用安捷伦4980a精密阻抗仪连接温控炉测得介电常数随温度的变化，可从图3得到样品的居里温度为118
ꢀ°
c。
[0030]
实施例7(1) pzt基陶瓷粉体的制备按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025表示，（x=0.024, y=0, u=0.55, v=0.025）计算称量各原料，以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以100 rmp的转速球磨24 h，球磨后烤灯下烘烤2小时进行干燥得到混合粉料，将所得混合粉料在800
ꢀ°
c下保温3 h，保温结束后冷却至室温并再次按照相同方法进行第二次球磨，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥，得到pzt基陶瓷粉体；(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入浓度为10 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然后在10 mpa的压力下压制成直径约为10mm，厚度约为1.2 mm的pzt基压电陶瓷圆片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在550
ꢀ°
c下保温4 h进行排胶后，在960
ꢀ°
c下保温烧结3 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4) 极化将步骤（3）所得烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆10 wt%的银浆后，在650
ꢀ°
c下保温烧结20 min，保温结束后冷却至室温，然后在120
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为3 kv/mm条件下保持电场强度15 min进行极化，得到低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0031]
制得的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的xrd图谱见图1，图1表明pzt压电陶瓷为纯钙钛矿相；采用中科院声学所的zj-3型准静态d
33
仪，测得的压电系数的d
33
见图2，为812 pc/n；利用安捷伦4980a精密阻抗仪连接温控炉测得介电常数随温度的变化，可从图3得到样品的居里温度为126
ꢀ°
c。应用例1将实施例4制备得到的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷材料制备成直径35毫米的圆片，加上电极、引线、膜片等做成电声器件，如图4所示。
技术领域
1.本发明领域属于压电陶瓷材料领域，具体涉及一种低温制备的具有超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
背景技术：
2.pzt基压电陶瓷因其优异的电学性能而得到了广泛的研究。超高d
33
（》900 pc/n）的压电陶瓷可应用于压电加速度计、超声成像压电探头、压电能量捕获器等高灵敏度探测器或传感器、压电人体健康监测系统等。一般将ag-pd电极用于多层陶瓷的内电极，其共烧温度范围为900～960
ꢀ°
c。传统pzt压电陶瓷在约1200
ꢀ°
c高温下烧结，因此内部电极不能在这么高的温度下使用ag-pd电极，而纯pd或pt电极层也会扩散到陶瓷层，导致陶瓷电学性能的恶化，从而影响多层器件的可靠性。
技术实现要素：
3.本发明的目的在于针对现有技术的不足，本发明的第一个目的是提供一种低温制备的具有超高压电常数的pzt基压电陶瓷材料配方，该压电陶瓷烧结温度低，并且兼具超高的压电性能；本发明的第二个目的是提供上述低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的制备方法，以降低pzt基压电陶瓷的烧结温度，同时提高压电性能。
4.针对本发明的第一个发明目的，本发明提供一种低温制备的具有超高压电常数的pzt基压电陶瓷，该压电陶瓷的化学通式为pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025。
[0005]
针对本发明的第二个发明目的，通过在pzt基压电陶瓷中引入多种元素li、ca、sm、eu、gd、ni、nb进入a或b位，在900～960
ꢀ°
c的烧结温度下，制备得到兼具超高压电性能的pzt基压电陶瓷，具体工艺步骤如下：(1) pzt基陶瓷粉体的制备按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025，计算称量各原料，将各原料通过球磨破碎并混合均匀后，在750 ~850
ꢀ°
c下保温2~4 h，保温结束后冷却至室温并再次球磨破碎，得到pzt基陶瓷粉体；(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入5~10 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然后将所得粒料压制成片，得到pzt基陶瓷片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片排胶后在900~960
ꢀ°
c下保温烧结2~4 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4)极化将步骤（3）所得得到烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆5~15 wt%的银浆后，在650~
750
ꢀ°
c下保温烧结10~20 min，保温结束后冷却至室温，然后在硅油中进行极化，得到超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0006]
上述方法中，步骤（1）中两次球磨的具体工艺优选为：以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以100~450 rmp的转速球磨10~24 h，球磨后进行干燥。所述干燥可以是在烤灯下烘烤2~3小时。
[0007]
上述方法中，将所得粒料压制成片的具体工艺优选为：在10~20 mpa的压力下压制成直径约为10~15 mm，厚度约为0.8~1.2 mm的超高压电常数的pzt基压电陶瓷片。
[0008]
上述方法中，步骤（2）中所述聚乙烯醇溶液的浓度为最好为5~10 wt%。
[0009]
上述方法中，步骤(3)中排胶的具体工艺优选为：将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在450~550
ꢀ°
c下保温4~10 h。
[0010]
上述方法中，步骤（4）中在硅油中进行极化的具体工艺为：在60~120
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为2~5 kv/mm条件下保持电场强度15~30 min。
[0011]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、本发明提供的超高压电常数的pzt基压电陶瓷，烧结温度低，为900～960
ꢀ°
c并具有良好的压电性能，d
33
高达936 pc/n，在室温下利用安捷伦4294a精密阻抗仪在1 khz的频率下测得介电损耗不大于千分之三，且居里温度大于110
ꢀ°
c，如图3所示。
[0012]
2、本发明提供的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷，其物相为纯钙钛矿相，如图1所示，加入的li、ca、sm、eu、gd、ni、nb元素提高了烧结活性降低了烧结温度使晶粒致密均匀且生长充分，致密，并得到了超高的d
33
。
附图说明
[0013]
图1是实施例1～7制备得到的压电陶瓷材料的x射线衍射（xrd）图谱。
[0014]
图2是实施例1～7制备得到的压电陶瓷材料的压电性能图。
[0015]
图3是实施例1～7制备得到的压电陶瓷材料的介电常数随温度的变化。
[0016]
图4是实施例5制备得到的压电陶瓷材料的电声器件示意图。
具体实施方式
[0017]
下面通过具体实施方式对本发明所述低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷作进一步说明。
[0018]
实施例1(1) pzt基陶瓷粉体的制备按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025，（x=0, y=0, u=0.55, v=0.025）计算称量各原料，以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以100 rmp的转速球磨24 h，球磨后烤灯下烘烤2小时进行干燥得到混合粉料，将所得混合粉料在800
ꢀ°
c下保温3 h，保温结束后冷却至室温并再次按照相同方法进行第二次球磨，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥，得到pzt基陶瓷粉体；
(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入浓度为10 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然后在10 mpa的压力下压制成直径约为10 mm，厚度约为1.2 mm的pzt基压电陶瓷圆片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在550
ꢀ°
c下保温4 h进行排胶后，在960
ꢀ°
c下保温烧结3 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4) 极化将步骤（3）所得烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆10 wt%的银浆后，在650
ꢀ°
c下保温烧结20 min，保温结束后冷却至室温，然后在50
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为3 kv/mm条件下保持电场强度15 min进行极化，得到低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0019]
制得的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的xrd图谱见图1，图1表明pzt压电陶瓷为纯钙钛矿相；采用中科院声学所的zj-3型准静态d
33
仪，测得的压电系数的d
33
见图2，为252 pc/n；利用安捷伦4980a精密阻抗仪连接温控炉测得介电常数随温度的变化，可从图3得到样品的居里温度为112
ꢀ°
c。
[0020]
实施例2(1) pzt基陶瓷粉体的制备按照通式按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025表示，（x=0.014, y=0, u=0.55, v=0.025）计算称量各原料，以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以450 rmp的转速球磨10 h，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥得到混合粉料，将所得混合粉料在750
ꢀ°
c下保温4 h，保温结束后冷却至室温并再次按照相同方法进行第二次球磨，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥，得到pzt基陶瓷粉体；(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入浓度为8 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然后在20 mpa的压力下压制成直径约为14 mm，厚度约为0.9 mm的pzt基压电陶瓷圆片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在550
ꢀ°
c下保温4 h进行排胶后，在960
ꢀ°
c下保温烧结3 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4) 极化将步骤（3）所得烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆12 wt%的银浆后，在700
ꢀ°
c下保温烧结10 min，保温结束后冷却至室温，然后在120
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为3 kv/mm条件下保持电场强度30 min进行极化，得到低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0021]
制得的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的xrd图谱见图1，图1表明pzt压电陶瓷为纯钙钛矿相；采用中科院声学所的zj-3型准静态d
33
仪，测得的压电系数的d
33
见图2，为804 pc/n；利用安捷伦4980a精密阻抗仪连接温控炉测得介电常数随温度的变化，可从图3得到样品的居里温度为114
ꢀ°
c。
[0022]
实施例3(1) pzt基陶瓷粉体的制备
按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025表示，（x=0.016, y=0, u=0.55, v=0.025）计算称量各原料，以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以300 rmp的转速球磨18 h，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥得到混合粉料，将所得混合粉料在850
ꢀ°
c下保温2 h，保温结束后冷却至室温并再次按照相同方法进行第二次球磨，球磨后烤灯下烘烤2小时进行干燥，得到pzt基陶瓷粉体；(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入浓度为10 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然后在15 mpa的压力下压制成直径约为13 mm，厚度约为1mm的pzt基压电陶瓷圆片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在450
ꢀ°
c下保温10 h进行排胶后，在960
ꢀ°
c下保温烧结3 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4) 极化将步骤（3）所得烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆5wt%的银浆后，在750
ꢀ°
c下保温烧结10 min，保温结束后冷却至室温，然后在120
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为3 kv/mm条件下保持电场强度16min进行极化，得到低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0023]
制得的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的xrd图谱见图1，图1表明pzt压电陶瓷为纯钙钛矿相；采用中科院声学所的zj-3型准静态d
33
仪，测得的压电系数的d
33
见图2，为852 pc/n；利用安捷伦4980a精密阻抗仪连接温控炉测得介电常数随温度的变化，可从图3得到样品的居里温度为125
ꢀ°
c。
[0024]
实施例4(1) pzt基陶瓷粉体的制备按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025表示，（x=0.018, y=0, u=0.55, v=0.025）计算称量各原料，以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以200 rmp的转速球磨20 h，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥得到混合粉料，将所得混合粉料在800
ꢀ°
c下保温3 h，保温结束后冷却至室温并再次按照相同方法进行第二次球磨，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥，得到pzt基陶瓷粉体；(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入浓度为10 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然后在20 mpa的压力下压制成直径约为15 mm，厚度约为0.8mm的pzt基压电陶瓷圆片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在500
ꢀ°
c下保温8 h进行排胶后，在960
ꢀ°
c下保温烧结3 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4) 极化将步骤（3）所得烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆15 wt%的银浆后，在650
ꢀ°
c下保温烧结15 min，保温结束后冷却至室温，然后在120
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为3 kv/mm条件
下保持电场强度25 min进行极化，得到低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0025]
制得的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的xrd图谱见图1，图1表明pzt压电陶瓷为纯钙钛矿相；采用中科院声学所的zj-3型准静态d
33
仪，测得的压电系数的d
33
见图2，为879 pc/n；利用安捷伦4980a精密阻抗仪连接温控炉测得介电常数随温度的变化，可从图3得到样品的居里温度为124
ꢀ°
c。
[0026]
实施例5(1) pzt基陶瓷粉体的制备按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025表示，（x=0.02, y=0, u=0.55, v=0.025）计算称量各原料，以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以400 rmp的转速球磨11 h，球磨后烤灯下烘烤2小时进行干燥得到混合粉料，将所得混合粉料在750
°
c下保温4 h，保温结束后冷却至室温并再次按照相同方法进行第二次球磨，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥，得到pzt基陶瓷粉体；(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入浓度为6 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然后在18 mpa的压力下压制成直径约为10 mm，厚度约为1.2 mm的pzt基压电陶瓷圆片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在500
ꢀ°
c下保温7h进行排胶后，在960
ꢀ°
c下保温烧结3 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4) 极化将步骤（3）所得烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆10 wt%的银浆后，在750
ꢀ°
c下保温烧结12min，保温结束后冷却至室温，然后在120
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为3 kv/mm条件下保持电场强度30 min进行极化，得到低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0027]
制得的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的xrd图谱见图1，图1表明pzt压电陶瓷为纯钙钛矿相；采用中科院声学所的zj-3型准静态d
33
仪，测得的压电系数的d
33
见图2，为936 pc/n；利用安捷伦4980a精密阻抗仪连接温控炉测得介电常数随温度的变化，可从图3得到样品的居里温度为117
ꢀ°
c。
[0028]
实施例6(1) pzt基陶瓷粉体的制备按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025表示，（x=0.022, y=0, u=0.55, v=0.025）计算称量各原料，以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以100 rmp的转速球磨24 h，球磨后烤灯下烘烤2小时进行干燥得到混合粉料，将所得混合粉料在800
ꢀ°
c下保温3 h，保温结束后冷却至室温并再次按照相同方法进行第二次球磨，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥，得到pzt基陶瓷粉体；(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入浓度为10 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然
后在10 mpa的压力下压制成直径约为10mm，厚度约为1.2 mm的pzt基压电陶瓷圆片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在550
ꢀ°
c下保温4 h进行排胶后，在960
ꢀ°
c下保温烧结2 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4) 极化将步骤（3）所得烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆10 wt%的银浆后，在650
ꢀ°
c下保温烧结20 min，保温结束后冷却至室温，然后在120
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为3 kv/mm条件下保持电场强度15 min进行极化，得到低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0029]
制得的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的xrd图谱见图1，图1表明pzt压电陶瓷为纯钙钛矿相；采用中科院声学所的zj-3型准静态d
33
仪，测得的压电系数的d
33
见图2，为858 pc/n；利用安捷伦4980a精密阻抗仪连接温控炉测得介电常数随温度的变化，可从图3得到样品的居里温度为118
ꢀ°
c。
[0030]
实施例7(1) pzt基陶瓷粉体的制备按照通式pb1‒
x
‒y‒vli
x
cay[ni
1/3
nb
2/3
]u(sm,eu,gd)v(ti,zr)1‒uo3表示，0≤x≤0.025，0≤y≤0.001, 0.1≤u≤0.6, 0.01≤v≤0.025表示，（x=0.024, y=0, u=0.55, v=0.025）计算称量各原料，以无水乙醇为分散介质，按照各原料总量与无水乙醇的质量比为1:1.5将各原料和无水乙醇加入球磨罐中，在行星球磨机上以100 rmp的转速球磨24 h，球磨后烤灯下烘烤2小时进行干燥得到混合粉料，将所得混合粉料在800
ꢀ°
c下保温3 h，保温结束后冷却至室温并再次按照相同方法进行第二次球磨，球磨后烤灯下烘烤3小时进行干燥，得到pzt基陶瓷粉体；(2) 造粒压片向步骤（1）所得pzt基陶瓷粉体中加入浓度为10 wt%的聚乙烯醇溶液进行造粒，然后在10 mpa的压力下压制成直径约为10mm，厚度约为1.2 mm的pzt基压电陶瓷圆片；(3) 排胶烧结将步骤（2）所得pzt基陶瓷片在550
ꢀ°
c下保温4 h进行排胶后，在960
ꢀ°
c下保温烧结3 h，得到烧结pzt基压电陶瓷片；(4) 极化将步骤（3）所得烧结pzt基压电陶瓷圆片表面涂覆10 wt%的银浆后，在650
ꢀ°
c下保温烧结20 min，保温结束后冷却至室温，然后在120
ꢀ°
c的硅油中，极化场强为3 kv/mm条件下保持电场强度15 min进行极化，得到低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷。
[0031]
制得的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷的xrd图谱见图1，图1表明pzt压电陶瓷为纯钙钛矿相；采用中科院声学所的zj-3型准静态d
33
仪，测得的压电系数的d
33
见图2，为812 pc/n；利用安捷伦4980a精密阻抗仪连接温控炉测得介电常数随温度的变化，可从图3得到样品的居里温度为126
ꢀ°
c。应用例1将实施例4制备得到的低温制备的超高压电常数的pzt基压电陶瓷材料制备成直径35毫米的圆片，加上电极、引线、膜片等做成电声器件，如图4所示。
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