【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种压电陶瓷，尤其涉及一种高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料及其制备方法，主要应用于各种收发两用型高温(～200℃)换能器、传感器等相关压电器件，属于陶瓷组成与制备领域。
技术介绍
1、近年来，随着压电陶瓷应用范围进一步拓展，在一些极端环境下对压电陶瓷的服役性能提出了新的挑战，例如在石油勘探领域，在钻探过程中，探头换能器需要对周围环境的温度、压力、流量等数据进行采集，探头附近的环境温度会在很宽的范围内变化，这就要求相关的压电换能器能够承受较高的温度。随着油田钻井深度越来越深(深度超过7000m)，井下温度已经达到200℃，对石油测井换能器及压电材料提出了新的挑战：即在高温条件下(200℃)压电材料性能稳定，这样才能保证换能器在此环境下保持高的发射功率、灵敏度、频率一致性等，满足良好的测量精度与测量效率要求。常规pzt压电陶瓷，其居里温度tc一般在200～360℃，其安全使用温度不超过1/2tc(即≤180℃)，如果压电陶瓷服役温度超过了1/2tc，会引起压电陶瓷严重退极化，甚至失去压电性能。铌酸钾钠(k1/2na1/2)nbo3(缩写为knn)基无铅压电陶瓷虽然居里温度为420℃,但在高温烧结下钾钠挥发严重，使得纯knn陶瓷难以烧结致密化；同时，knn基陶瓷在200℃左右存在正交→四方铁电→铁电相变点(to-t)，限制了其在高温下的应用。因此，研究制备具有高压电性能和高温度稳定性的压电陶瓷，对高温压电换能器的制备具有重要意义。
2、一般而言，压电材料居里温度越高，其温度稳定性越好，但其压电性能也会越差。
技术实现思路
1、针对现有压电陶瓷材料难以同时获得高压电性能、高温度稳定性及优良综合电学性能等问题，本专利技术的目的是提供一种高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料及其制备方法。
2、本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的。一种高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料的化学结构通式为pb[(sb1/2nb1/2)x(zryti0.98-y)(1-x)o3]+zmol％bialo3+0.3wt％pb3o4,其中0＜x≤0.03,0.50＜y＜0.53,0＜z≤3。
3、作为优选方案，本专利技术提供的高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料，其具有如下的化学结构通式：pb[(sb1/2nb1/2)x(zryti0.98-y)(1-x)o3]+z mol％bialo3+0.3wt％pb3o4,其中0.005≤x≤0.03,0.51≤y≤0.52,0.1≤z≤3；
4、作为优选方案，本专利技术提供的高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料，其化学结构通式中0.002≤x/z≤0.3。
5、作为优选方案，本专利技术提供的高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料，具有单一的钙钛矿结构。
6、作为优选方案，本专利技术提供的高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料，其压电常数d33≥320pc/n。
7、作为优选方案，本专利技术提供的高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料，其机电耦合系数kp在200℃没有退极化。
8、另外，本专利技术同时提供了所述高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料的制备方法，包括下述步骤：
9、(1)、混料：将pb304、zr02、ti02、nb205、sb203、bi2o3及al2o3，按摩尔比称量，加入到滚筒磨中湿法混料18～20小时，充分混合均匀后出浆；
10、(2)、预烧：将混合好的料浆烘干，压块后置于氧化铝坩埚中，然后在850℃，保温2小时预烧合成；
11、(3)、细磨：预烧后的料块粉碎，然后置于砂磨机中进行细磨；
12、(4)、造粒：细磨后的料浆加入聚乙烯醇粘结剂，然后在喷雾塔中造粒；
13、(5)、成型：通过干压法成型制得坯体；
14、(6)、排塑：坯体在700～750℃保温2小时排塑；
15、(7)、烧结：排塑后坯体在al203坩埚中密封，于1180保温2-3小时烧结；
16、(8)、被银：烧结后瓷体经研磨、清洗后被银，于780℃烧银；
17、(9)、极化：在135℃硅油中，施加2.0～2.5kv/mm直流电场极化，制得高压电性能高温度稳定性压电陶瓷。
18、作为优选方案，所述步骤(3)中细磨时间至少为10分钟。
19、本专利技术的有益效果为：提供了一种高压电性能高温度稳定性且综合电学性能好的压电陶瓷材料，通过在pb[(sb1/2nb1/2)x(zryti0.98-y)(1-x)o3]中引入适量bialo3组分，提高了压电陶瓷的压电性能及温度稳定性，解决了常规pzt压电陶瓷安全使用温度不超过1/2tc(即≤180℃)的问题。该压电陶瓷具有较高的压电常数d33(≥320pc/n)和温度稳定性，其机电耦合系数kp在200℃没有退极化，可用于各种收发两用型高温(～200℃)换能器、传感器等相关压电器件，该材料在石油勘探领域显示出良好的应用前景。
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1.一种高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料，其特征在于：所述压电陶瓷材料的化学结构通式为Pb[(Sb1/2Nb1/2)x(ZryTi0.98-y)(1-x)O3]+z mol％BiAlO3+0.3wt％Pb3O4,其中0＜x≤0.03,0.50＜y＜0.53,0＜z≤3。
2.根据权利要求1所述的高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料，其特征在于：所述压电陶瓷材料的化学结构通式为Pb[(Sb1/2Nb1/2)x(ZryTi0.98-y)(1-x)O3]+z mol％BiAlO3+0.3wt％Pb3O4,其中0.005≤x≤0.03,0.51≤y≤0.52,0.1≤z≤3。
3.根据权利要求1或2所述的高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料，其特征在于：所述压电陶瓷材料的化学结构通式中0.002≤x/z≤0.3。
4.根据权利要求1或2所述的高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料，其特征在于：所述的压电陶瓷材料具有单一的钙钛矿结构。
5.根据权利要求1或2所述的高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料，其特征在于：所述的压电陶瓷材料压电常数d33≥32
6.根据权利要求1或2所述的高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料，其特征在于：所述的压电陶瓷材料机电耦合系数kp在200℃没有退极化。
7.一种制备如权利要求1或2所述的高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料的方法，其特征在于：包括下述步骤：
8.根据权利要求7所述的高压电性能高温度稳定性压电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中细磨时间至少为10分钟。
...【技术特征摘要】
1.一种高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料，其特征在于：所述压电陶瓷材料的化学结构通式为pb[(sb1/2nb1/2)x(zryti0.98-y)(1-x)o3]+z mol％bialo3+0.3wt％pb3o4,其中0＜x≤0.03,0.50＜y＜0.53,0＜z≤3。
2.根据权利要求1所述的高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料，其特征在于：所述压电陶瓷材料的化学结构通式为pb[(sb1/2nb1/2)x(zryti0.98-y)(1-x)o3]+z mol％bialo3+0.3wt％pb3o4,其中0.005≤x≤0.03,0.51≤y≤0.52,0.1≤z≤3。
3.根据权利要求1或2所述的高压电性能高温度稳定性压电陶瓷材料，其特征在于：所述压电陶瓷材料的化学结...
【专利技术属性】
技术研发人员：盖学周，吴凡，汪跃群，
申请(专利权)人：杭州瑞声海洋仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：
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