一种晶须增强压电陶瓷材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种晶须增强压电陶瓷材料及其制备方法,上述晶须增强压电陶瓷材料，由包含以下重量份的组分制成：氮化硅55‑60份、聚乙烯醇10‑15份、二氧化锆10‑12份、锂霞石5‑8份、碳化硅晶须4‑7份、聚碳硅烷3‑6份、聚铝硅氧烷2‑4份、氧化铜2‑3份、钛酸四丁脂1‑3份、二硫化钼1‑2份、过硫酸铵0.5‑1份和氧化铕0.02‑0.5份。本发明还提供了一种晶须增强压电陶瓷材料的制备方法。

权利要求

1.一种晶须增强压电陶瓷材料，其特征在于，由包含以下重量份的组分制成：氮化硅 55-60 份，

聚乙烯醇 10-15 份，

二氧化锆 10-12 份，

锂霞石 5-8 份，

碳化硅晶须 4-7 份，

聚碳硅烷 3-6 份，

聚铝硅氧烷 2-4 份，

氧化铜 2-3 份，

钛酸四丁脂 1-3 份，

二硫化钼 1-2 份，

过硫酸铵 0.5-1 份，

氧化铕 0.02-0.5 份。

2.根据权利要求1 所述晶须增强压电陶瓷材料，其特征在于，所述组分还包括电气石粉0-2 重量份。

3.根据权利要求1 所述晶须增强压电陶瓷材料，其特征在于，所述组分还包括色粉0-1重量份。

4.一种晶须增强压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）称取氮化硅55-60 重量份、聚乙烯醇10-15 重量份、聚碳硅烷3-6 重量份、聚铝硅氧烷2-4 重量份、氧化铜2-3 重量份、钛酸四丁脂1-3 重量份、二硫化钼1-2 重量份、过硫酸铵0.5-1 重量份和氧化铕0.02-0.5 重量份，混合均匀；

（2）在惰性气氛下加入二氧化锆10-12 重量份、锂霞石5-8 重量份、碳化硅晶须4-7 重量份、电气石粉0-2 重量份和色粉0-1 重量份，升温至900-1100℃，保温2-3 小时，压制成型，在1250-1350℃中烧结2-4 小时；

（3）将步骤（2）的产物，以10℃ /min 的降温速率，降温至700-800℃，保温2-3 小时，自然冷却，得到晶须增强压电陶瓷材料。

5.根据权利要求4 所述的晶须增强压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述混合的速率为800-1200 转/ 分钟。

说明书

一种晶须增强压电陶瓷材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于电子材料领域，特别涉及一种晶须增强压电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，压电陶瓷除具有压电性外, 还具有介电性、弹性等, 已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。

[0003] 压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作，具有敏感的特性，压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等。

发明内容

[0004] 针对上述的需求，本发明特别提供了一种晶须增强压电陶瓷材料及其制备方法。

[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

[0006] 一种晶须增强压电陶瓷材料，由包含以下重量份的组分制成：

[0007] 氮化硅 55-60份，

[0008] 聚乙烯醇10-15份，

[0009] 二氧化锆 10-12份，

[0010] 锂霞石5-8份，

[0011] 碳化硅晶须 4-7份，

[0012] 聚碳硅烷3-6份，

[0013] 聚铝硅氧烷 2-4份，

[0014] 氧化铜 2-3份，

[0015] 钛酸四丁脂 1-3份，

[0016] 二硫化钼1-2份，

[0017] 过硫酸铵 0.5-1份，

[0018] 氧化铕 0.02-0.5份。

[0019] 所述组分还包括电气石粉0-2重量份。

[0020] 所述组分还包括色粉0-1重量份。

[0021] 一种晶须增强压电陶瓷材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

[0022]  （1）称取氮化硅55-60重量份、聚乙烯醇10-15重量份、聚碳硅烷3-6重量份、聚铝硅氧烷2-4重量份、氧化铜2-3重量份、钛酸四丁脂1-3重量份、二硫化钼1-2重量份、过硫酸铵0.5-1重量份和氧化铕0.02-0.5重量份，混合均匀；

[0023] （2）在惰性气氛下加入二氧化锆10-12重量份、锂霞石5-8重量份、碳化硅晶须4-7重量份、电气石粉0-2重量份和色粉0-1重量份，升温至900-1100℃，保温2-3小时，压制成型，在1250-1350℃中烧结2-4小时；

[0024] （3）将步骤2的产物，以10℃/min的降温速率，降温至700-800℃，保温2-3小时，自然冷却，得到晶须增强压电陶瓷材料。

[0025] 步骤（1）中所述混合的速率为800-1200转/分钟。

[0026] 本发明与现有技术相比，其有益效果为：

[0027] （1）本发明制得的晶须增强压电陶瓷材料以氮化硅为主要原料，通过加入聚乙烯醇、二氧化锆、锂霞石、碳化硅晶须、聚碳硅烷、聚铝硅氧烷、氧化铜、钛酸四丁脂、二硫化钼、过硫酸铵和氧化铕，制得的晶须增强压电陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀性能，而且具有导电率高、重量轻、抗拉强度高和寿命长的特点。

[0028] （2）本发明制得的晶须增强压电陶瓷材料具有良好的稳定性和耐候性。

[0029]  （3）本发明的晶须增强压电陶瓷材料，其制备方法简单，易于工业化生产。

具体实施方式

[0030] 以下结合实施例对本发明作进一步的说明。

[0031] 实施例1

[0032] （1）称取氮化硅55kg、聚乙烯醇10kg、聚碳硅烷3kg、聚铝硅氧烷2kg、氧化铜2kg、钛酸四丁脂1kg、二硫化钼1kg、过硫酸铵0.5kg和氧化铕0.02kg，以800转/分钟混合均匀；

[0033] （2）在惰性气氛下加入二氧化锆10kg、锂霞石5kg、碳化硅晶须4kg、电气石粉2kg和色粉1kg，升温至900℃，保温2小时，压制成型，在1250℃中烧结2小时；

[0034] （3）将步骤2的产物，以10℃/min的降温速率，降温至700℃，保温2小时，自然冷却，得到晶须增强压电陶瓷材料。

[0035] 制得晶须增强压电陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。

[0036] 实施例2

[0037] （1）称取氮化硅55kg、聚乙烯醇10kg、聚碳硅烷3kg、聚铝硅氧烷2kg、氧化铜2kg、钛酸四丁脂1kg、二硫化钼1kg、过硫酸铵0.5kg和氧化铕0.02kg，以800转/分钟混合均匀；

[0038] （2）在惰性气氛下加入二氧化锆10kg、锂霞石5kg和碳化硅晶须4kg，升温至900℃，保温2小时，压制成型，在1250℃中烧结2小时；

[0039] （3）将步骤2的产物，以10℃/min的降温速率，降温至700℃，保温2小时，自然冷却，得到晶须增强压电陶瓷材料。

[0040] 制得晶须增强压电陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。

[0041] 实施例3

[0042] （1）称取氮化硅60kg、聚乙烯醇15kg、聚碳硅烷6kg、聚铝硅氧烷4kg、氧化铜3kg、钛酸四丁脂3kg、二硫化钼2kg、过硫酸铵1kg和氧化铕0.5kg，以1200转/分钟混合均匀；

[0043] （2）在惰性气氛下加入二氧化锆12kg、锂霞石8kg、碳化硅晶须7kg、电气石粉2kg和色粉1kg，升温至1100℃，保温3小时，压制成型，在1350℃中烧结4小时；

[0044] （3）将步骤2的产物，以10℃/min的降温速率，降温至800℃，保温3小时，自然冷却，得到晶须增强压电陶瓷材料。

[0045] 制得晶须增强压电陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。

[0046] 实施例4

[0047] （1）称取氮化硅60kg、聚乙烯醇15kg、聚碳硅烷6kg、聚铝硅氧烷4kg、氧化铜3kg、钛酸四丁脂3kg、二硫化钼2kg、过硫酸铵1kg和氧化铕0.02kg，以1200转/分钟混合均匀；

[0048] （2）在惰性气氛下加入二氧化锆12kg、锂霞石8kg、碳化硅晶须7kg、电气石粉2kg和色粉1kg，升温至1100℃，保温3小时，压制成型，在1350℃中烧结4小时；

[0049] （3）将步骤2的产物，以10℃/min的降温速率，降温至800℃，保温3小时，自然冷却，得到晶须增强压电陶瓷材料。

[0050] 制得晶须增强压电陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。

[0051] 实施例5

[0052] （1）称取氮化硅58kg、聚乙烯醇12kg、聚碳硅烷5kg、聚铝硅氧烷3kg、氧化铜2.5kg、钛酸四丁脂2kg、二硫化钼1.5kg、过硫酸铵0.8kg和氧化铕0.2kg，以1000转/分钟混合均匀；

[0053] （2）在惰性气氛下加入二氧化锆11kg、锂霞石6kg、碳化硅晶须5kg、电气石粉1kg和色粉0.5kg，升温至1000℃，保温2小时，压制成型，在1300℃中烧结3小时；

[0054] （3）将步骤2的产物，以10℃/min的降温速率，降温至750℃，保温2小时，自然冷却，得到晶须增强压电陶瓷材料。

[0055] 制得晶须增强压电陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。

[0056] 对比例1

[0057] （1）称取氮化硅60kg、聚乙烯醇15kg、聚碳硅烷6kg、聚铝硅氧烷4kg、氧化铜3kg、钛酸四丁脂3kg、二硫化钼2kg和过硫酸铵1kg，以1200转/分钟混合均匀；

[0058] （2）在惰性气氛下加入二氧化锆12kg、锂霞石8kg、碳化硅晶须7kg、电气石粉2kg和色粉1kg，升温至1100℃，保温3小时，压制成型，在1350℃中烧结4小时；

[0059] （3）将步骤2的产物，以10℃/min的降温速率，降温至800℃，保温3小时，自然冷却，得到晶须增强压电陶瓷材料。

[0060] 制得晶须增强压电陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。

[0061] 对比例2

[0062] （1）称取氮化硅60kg、聚乙烯醇15kg、聚碳硅烷6kg、聚铝硅氧烷4kg、氧化铜3kg、钛酸四丁脂3kg、二硫化钼2kg、过硫酸铵1kg和氧化铕0.5kg，以1200转/分钟混合均匀；

[0063] （2）在惰性气氛下加入二氧化锆12kg、锂霞石8kg、电气石粉2kg和色粉1kg，升温至1100℃，保温3小时，压制成型，在1350℃中烧结4小时；

[0064] （3）将步骤2的产物，以10℃/min的降温速率，降温至800℃，保温3小时，自然冷却，得到晶须增强压电陶瓷材料。

[0065] 制得晶须增强压电陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。

[0066] 对比例3

[0067] （1）称取氮化硅60kg、聚乙烯醇15kg、聚铝硅氧烷4kg、氧化铜3kg、钛酸四丁脂3kg、二硫化钼2kg、过硫酸铵1kg和氧化铕0.5kg，以1200转/分钟混合均匀；

[0068] （2）在惰性气氛下加入二氧化锆12kg、锂霞石8kg、碳化硅晶须7kg、电气石粉2kg和色粉1kg，升温至1100℃，保温3小时，压制成型，在1350℃中烧结4小时；

[0069] （3）将步骤2的产物，以10℃/min的降温速率，降温至800℃，保温3小时，自然冷却，得到晶须增强压电陶瓷材料。

[0070] 制得晶须增强压电陶瓷材料的性能测试结果如表1所示。

[0071] 表1

[0072]测试项目 介电常数 压电系数d33(Pc/N) 耐压强度（Kv/mm）
实施例1 5800 785 2.18
实施例2 4500 715 2.04
实施例3 6200 812 2.38
实施例4 6100 819 2.56
实施例5 5700 805 2.46
对比例1 2000 225 1.01
对比例2 1800 326 0.98
对比例3 1700 310 0.86

[0073] 本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。