新型壓電陶瓷的研制

摘 要：自居里兄弟發現壓電效應及逆壓電效應以來，壓電材料得到了迅猛發展，各種具有優異性能的壓電陶瓷及單晶相繼被科研工作者發明和發現。針對現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。現在，它被廣泛地應用于軍用（戰斗機、魚雷、雷達等）和民用（手機、電視、電腦、冶金、石油、化工等）。自居里兄弟發現壓電效應及逆壓電效應以來，壓電材料得到了迅猛發展，各種具有優異性能的壓電陶瓷及單晶相繼被科研工作者發明和發現。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，本研究通過優化摻雜相和燒結工藝能夠在充分保證壓電常數在合理范圍的基礎上，進一步降低介電損耗，即在保證壓電常數在300～350范圍內的基礎上，介電損耗可以降低至1.0%。與傳統的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。