【技术实现步骤摘要】
本申请涉及压电陶瓷，尤其是涉及一种高性能钛酸铅压电陶瓷及其制备方法。
技术介绍
1、超声检测作为产品质量检测、控制、提高的重要手段，随着各类新材料、新结构和新工艺的出现与发展，逐渐对超声检测手段提出了更高的要求，期望超声检测具有更高的稳定性、检出率、信噪比、频带宽度和成像质量，以满足更微小缺陷的检测与定量，同时也防止漏检等情况的发生。压电陶瓷作为超声无损检测换能器的核心部件，其性能指标对整体探头的灵敏度、分辨率有着至关重要的影响，理想情况是高kt、低kp、高d33。
2、但是，由于目前压电陶瓷配方材料和制备工艺的限制，市面上常见钛酸铅d33仅在75-80，且kt较小仅为0.52，kp较大为0.2，无法满足高d33以及kt远高于kp的指标。
技术实现思路
1、为了改善压电陶瓷的综合压电性能，提高压电陶瓷机电耦合系数等参数，本申请提供一种高性能钛酸铅压电陶瓷及其制备方法。
2、第一方面，本申请提供一种高性能钛酸铅压电陶瓷，采用如下的技术方案：
3、一种高性能钛酸铅压电陶瓷，分子式为pb1-xax ti1-ybyo3，所述a为取代pb2+的ca2+、ba2+、sr2+、la3+、sm3+中的至少一种，b为取代ti4+的co3+、nb5+、w6+、mo6+中的至少一种；其中，0.1＜x≤0.3，0＜y≤0.08。
4、通过采用上述技术方案，ca2+、ba2+、sr2+、la3+、sm3+与pb2+的离子半径不同，适量的掺入能够引起晶格畸变，促
5、优选的，所述钛酸铅压电陶瓷原料包括pb1-xax ti1-ybyo3、烧结助剂和粘结剂，所述a为取代pb2+的ca2+、ba2+、sr2+、la3+、sm3+中的至少一种，b为取代ti4+的co3+、nb5+、w6+、mo6+中的至少一种；其中，0.1＜x≤0.3，0＜y≤0.08。
6、通过采用上述技术方案，烧结助剂能够降低烧结温度，增强压电陶瓷的致密度，减少内部缺陷，提高陶瓷体系的居里温度，提高压电陶瓷的耐久性。粘结剂能够在压电陶瓷过程中起到粘结粉末的作用，促进陶瓷成型，增强压电陶瓷的致密度和压电性能。
7、优选的，所述pb1-xax ti1-ybyo3、烧结助剂和粘结剂的质量比为1：(0.01-0.03)：(0.1-0.2)。
8、优选的，所述烧结助剂为氧化镁，所述粘结剂为聚乙烯醇。
9、通过采用上述技术方案，氧化镁在烧结过程中可以形成液相，降低烧结活化能，减少气孔，增强陶瓷的致密度，可以减少内部缺陷，提高陶瓷的压电性能。聚乙烯醇促使粉末在压制过程中保持形状，避免生坯在烧结前的变形，促进均匀的颗粒分布，有利于提高烧结体的致密度和压电性能。
10、第二方面，本申请提供一种高性能钛酸铅压电陶瓷的制备方法，采用如下的技术方案：
11、一种高性能钛酸铅压电陶瓷的制备方法，包括以下具体步骤：将原料进行烘干、球磨、破碎，在0.3-1t/cm2下预压烧结，得到陶瓷块，再将陶瓷块磨细、离心喷雾造粒、压制成型，将压制好的瓷块进行排胶处理、烧结降温、加工成型、被电极，得到被电极瓷片，在110-140℃的油中，阶梯升压至3-5kv/mm的电场，极化10-20min得到压电陶瓷。
12、通过采用上述技术方案，预先对pb1-xax ti1-ybyo3原材料进行烘干、球磨、破碎，能够细化原料颗粒，提高原料的均匀性和活性，增强原材料的比表面积，提高压电陶瓷致密度，进而改善压电陶瓷的压电性能。排胶处理可以去除生坯中的有机物，减少有机物在烧结过程中分解产生气体，导致气孔和缺陷，进而减少压电陶瓷裂纹的产生，提高陶瓷致密度和压电性能。
13、优选的，所述被电极包括以下具体步骤：将加工成型好的瓷块进行表面清洗，再双面被银，然后在760-840℃下烧银。
14、优选的，所述排胶温度为650-750℃。
15、优选的，所述原料球磨过程中球磨介质为水，球磨锆珠粒径为1-3mm，所述陶瓷块磨细处理中球磨粒度d50为450-550nm。
16、优选的，包括以下具体步骤：将pb1-xax ti1-ybyo3原料和烧结助剂进行烘干、球磨、破碎，加入粘结剂后在0.3-1t/cm2下预压烧结，得到陶瓷块，再将陶瓷块磨细、离心喷雾造粒、压制成型，将压制好的瓷块进行排胶处理、烧结降温、加工成型、被电极，得到被电极瓷片，在110-140℃的油中，阶梯升压至3-5kv/mm的电场，极化10-20min得到压电陶瓷。
17、综上所述，本申请具有以下有益效果：
18、1、由于本申请采用通过ca2+、ba2+、sr2+、la3+、sm3+的掺入，能够调节压电陶瓷的相结构，提高压电陶瓷的机电耦合系数、d33、g33系数。同时co3+、nb5+、w6+、mo6+的掺入可以改变ti4+的环境，促使压电陶瓷具有更高的能量转换效率、更高的分辨率，增强压电陶瓷的压电性能。
19、2、本申请中采用将原料进行烘干、球磨、破碎、预压烧结，得到陶瓷块，再将陶瓷块细、离心喷雾造粒、压制成型、排胶处理、烧结降温、加工成型、被电极、极化，得到压电陶瓷，制备工艺稳定，操作方便，通过各个工艺步骤的改进，能够促使压电陶瓷具有更高的机电耦合系数和压电常数，减少介电损耗。
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1.一种高性能钛酸铅压电陶瓷，其特征在于，分子式为Pb1-xAx Ti1-yByO3，所述A为取代Pb2+的Ca2+、Ba2+、Sr2+、La3+、Sm3+中的至少一种，B为取代Ti4+的Co3+、Nb5+、W6+、Mo6+中的至少一种；其中，0.1＜x≤0.3，0＜y≤0.08。
2.根据权利要求1所述的高性能钛酸铅压电陶瓷，其特征在于，所述钛酸铅压电陶瓷原料包括Pb1-xAx Ti1-yByO3、烧结助剂和粘结剂，所述A为取代Pb2+的Ca2+、Ba2+、Sr2+、La3+、Sm3+中的至少一种，B为取代Ti4+的Co3+、Nb5+、W6+、Mo6+中的至少一种；其中，0.1＜x≤0.3，0＜y≤0.08。
3.根据权利要求2所述的高性能钛酸铅压电陶瓷，其特征在于，所述Pb1-xAx Ti1-yByO3、烧结助剂和粘结剂的质量比为1：（0.01-0.03）：（0.1-0.2）。
4.根据权利要求2所述的高性能钛酸铅压电陶瓷，其特征在于，所述烧结助剂为氧化镁，所述粘结剂为聚乙烯醇。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的高性能钛酸铅
6.根据权利要求5所述的高性能钛酸铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述被电极包括以下具体步骤：将加工成型好的瓷块进行超声表面清洗，再双面被银，然后在760-840℃下烧银。
7.根据权利要求5所述的高性能钛酸铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述排胶温度为650-750℃。
8.根据权利要求5所述的高性能钛酸铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述原料球磨过程中球磨介质为水，球磨锆珠粒径为1-3mm，所述陶瓷块磨细处理中球磨粒度D50为450-550nm。
9.根据权利要求5所述的高性能钛酸铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：将Pb1-xAx Ti1-yByO3原料和烧结助剂进行烘干、球磨、破碎，加入粘结剂后在0.3-1t/cm2下预压烧结，得到陶瓷块，再将陶瓷块磨细、离心喷雾造粒、压制成型，将压制好的瓷块进行排胶处理、烧结降温、加工成型、被电极，得到被电极瓷片，在110-140℃的油中，阶梯升压至3-5kv/mm的电场，极化10-20min得到压电陶瓷。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能钛酸铅压电陶瓷，其特征在于，分子式为pb1-xax ti1-ybyo3，所述a为取代pb2+的ca2+、ba2+、sr2+、la3+、sm3+中的至少一种，b为取代ti4+的co3+、nb5+、w6+、mo6+中的至少一种；其中，0.1＜x≤0.3，0＜y≤0.08。
2.根据权利要求1所述的高性能钛酸铅压电陶瓷，其特征在于，所述钛酸铅压电陶瓷原料包括pb1-xax ti1-ybyo3、烧结助剂和粘结剂，所述a为取代pb2+的ca2+、ba2+、sr2+、la3+、sm3+中的至少一种，b为取代ti4+的co3+、nb5+、w6+、mo6+中的至少一种；其中，0.1＜x≤0.3，0＜y≤0.08。
3.根据权利要求2所述的高性能钛酸铅压电陶瓷，其特征在于，所述pb1-xax ti1-ybyo3、烧结助剂和粘结剂的质量比为1：（0.01-0.03）：（0.1-0.2）。
4.根据权利要求2所述的高性能钛酸铅压电陶瓷，其特征在于，所述烧结助剂为氧化镁，所述粘结剂为聚乙烯醇。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的高性能钛酸铅压电陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：将原料进行烘干、球磨、破碎，在0.3-1t/cm2下预压烧结，得到陶瓷块，再将陶瓷块磨...
【专利技术属性】
技术研发人员：李新华，王昂，
申请(专利权)人：常州瞻驰光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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