一種高介電常數(shù)p-52壓電陶瓷材料及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水聲接收產(chǎn)品領(lǐng)域，特別涉及一種高介電常數(shù)p-52壓電陶瓷材料及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)船舶工業(yè)總公司部標(biāo)準(zhǔn)CB1125-98《水聲用壓電陶瓷材料規(guī)范》所要求的P-52壓電陶瓷材料介電常數(shù)為3250 ± 12.5%、壓電系數(shù)為575 X 10—12c/N± 12.5%，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，需要進(jìn)一步提高P-52壓電陶瓷的介電常數(shù)、壓電系數(shù)，以滿足靈敏度要求高、抗干擾能力強(qiáng)的水聲換能器應(yīng)用需求，縮小我國(guó)在軍品開(kāi)發(fā)上與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，并為相關(guān)院校、院所的科研提供新的技術(shù)支持和應(yīng)用領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的主要目的在于提供一種高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料及其制作方法，使該材料性能達(dá)到一定的技術(shù)指標(biāo)，滿足水聲換能器產(chǎn)品應(yīng)用。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料，所述材料包括按重量份計(jì)以下原料制成:
紅丹粉45?65份，鈦白粉6?15份，氧化鈷15?25份，氧化鑭0.3?1.2份，氧化鈮0.2?1.2份，氧化鋁0.8?1.8份。
[0005]所述材料包括按重量份計(jì)以下原料制成:
紅丹粉50?60份，鈦白粉8?1份，氧化鈷18?20份，氧化鑭0.5?0.8份，氧化鈮0.4?0.7份，氧化鋁I?1.5份。
[0006]所述材料介電常數(shù)為3300?4500，壓電系數(shù)為612 X 10—12?810 X 10—12c/N。
[0007]制作所述的材料，所述方法包括以下步驟:
1)配料、混料、干燥:按配方量稱取原料，混合，干燥得到物料I;
2)壓坯、合成:將物料I放入坩禍中壓實(shí)，合成，得到物料2;
3)細(xì)化:將物料2球磨得到物料3;
4)脫水:將物料3進(jìn)行干燥，得到物料4;
5)增塑造粒、成型、排塑:將物料4中加入增塑劑后造粒，烘干、壓片、排塑，得到物料5;
6)燒結(jié):將物料5置于馬弗爐中燒結(jié)得到物料6;
7)機(jī)械加工、清洗、烘干:將物料6機(jī)械加工到所需的尺寸，并超聲波清洗、烘干，得到物料7;
8)高溫氧化:將物料7置于馬福爐中，進(jìn)行高溫氧化，得到物料8;
9 )上電極、燒滲、極化:將物料8進(jìn)行上電極、燒滲、硅油中極化；
完成高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料的制作。
[0008]所述步驟2)合成溫度為800-900°(3，合成時(shí)間為0.5~1 h，
所述步驟3 )細(xì)化過(guò)程中物料2中加入50%?70%的水進(jìn)行球磨。
[0009]所述步驟3)物料3粒徑<2μπι。
[0010]所述步驟5)物料4中加入的增塑劑為聚乙烯醇或鄰苯二甲酸二丁酯，加入量為5%?10%。
[0011]所述步驟6)于1280?1350°C下燒結(jié)2?3 h，
所述步驟8)高溫氧化條件為按100?160°C/小時(shí)的速度升溫，升至溫度1150?1250 °C，保溫110?130 min。
[0012]所述步驟8)將加工到機(jī)械尺寸要求的壓電陶瓷制品放置在同種材料加工的平整墊片上，置于敞口的坩禍中，再將坩禍放置于爐門(mén)微開(kāi)的高溫馬福爐中，升溫速度升至最高溫度，并保溫。
[0013]所述步驟I)物料1、步驟4)物料4的含水率< 10%ο
[0014]本發(fā)明提供一種高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料及其制作方法，有益效果如下:
1、本發(fā)明在常規(guī)壓電陶瓷材料制作工藝基礎(chǔ)上，在機(jī)械加工和上電極之前加入高溫氧化工藝，大大提高了 P-52壓電陶瓷材料的介電常數(shù)、壓電系數(shù)，
2、本發(fā)明對(duì)P-52壓電陶瓷材料的制作原料進(jìn)行優(yōu)化，針對(duì)高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料的需求，挑選了適宜的原材料；
3、本發(fā)明嚴(yán)格控制加工過(guò)程中物料的水分和粒徑大小，保證最終產(chǎn)品品質(zhì)均勻；
4、本發(fā)明對(duì)合成工藝進(jìn)行控制，使各材料的固相化學(xué)反應(yīng)充分均勻，生產(chǎn)組成固定的固溶體，減少瓷料的燒成收縮；
5、本發(fā)明對(duì)燒成工藝進(jìn)行精確控制，讓鋯鈦酸鉛等化合物的松散顆粒狀態(tài)在高溫條件下溶固結(jié)合成一體。并在結(jié)晶過(guò)程中，使晶粒生長(zhǎng)均勻、致密、具有某種顯微組織結(jié)構(gòu)和一定機(jī)械強(qiáng)度的物理性能；
6、本發(fā)明制作的產(chǎn)品樣品經(jīng)過(guò)性能測(cè)試，介電常數(shù)高達(dá)3300?4500，壓電系數(shù)為612X10一12?810\10—12(3/^，該工藝制備的?-52材料完全滿足水聲換能器的性能及使用要求。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。
[0016]實(shí)施例1
一種高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料，所述材料包括按重量份計(jì)以下原料制成:
紅丹粉45份，鈦白粉6份，氧化鈷15份，氧化鑭0.3份，氧化鈮0.2份，氧化鋁0.8份。
[0017]實(shí)施例2
一種高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料，所述材料包括按重量份計(jì)以下原料制成:
紅丹粉65份，鈦白粉15份，氧化鈷25份，氧化鑭1.2份，氧化鈮1.2份，氧化鋁1.8份。
[0018]所述材料介電常數(shù)為4300，壓電系數(shù)為810 X 10—12c/N。
[0019]實(shí)施例3
一種高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料，所述材料包括按重量份計(jì)以下原料制成:
紅丹粉50份，鈦白粉8份，氧化鈷18份，氧化鑭0.5份，氧化鈮0.4份，氧化鋁I份。
[0020]所述材料介電常數(shù)為3300，壓電系數(shù)為612 X 10—12c/N。
[0021 ] 實(shí)施例4 一種高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料，所述材料包括按重量份計(jì)以下原料制成:
紅丹粉60份，鈦白粉10份，氧化鈷20份，氧化鑭0.8份，氧化鈮0.7份，氧化鋁1.5份。
[0022]所述材料介電常數(shù)為4500，壓電系數(shù)為810 X 10—12c/N。
[0023]實(shí)施例5
一種高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料，所述材料包括按重量份計(jì)以下原料制成:
紅丹粉55份，鈦白粉9份，氧化鈷19份，氧化鑭0.6份，氧化鈮0.6份，氧化鋁1.4份。
[0024]所述材料介電常數(shù)為4400，壓電系數(shù)為790 X 10—12c/N。
[0025]實(shí)施例6
制作高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料的方法，所述方法包括以下步驟:
1)配料、混料、干燥:按配方量稱取原料，混合，干燥得到物料I;
2)壓坯、合成:將物料I放入坩禍中壓實(shí)，合成，合成溫度為800-900°C，合成時(shí)間為0.5?I h，得到物料2;
3 )細(xì)化:將物料2中加入50%?70%的水，進(jìn)行球磨得到物料3，物料3粒徑< 2μπι;
4)脫水:將物料3進(jìn)行干燥，得到物料4;
5)增塑造粒、成型、排塑:將物料4中加入增塑劑后造粒，烘干、壓片、排塑，得到物料5;
6)燒結(jié):將物料5置于馬弗爐中于1280?1350°C下燒結(jié)2?3h，得到物料6;
7)機(jī)械加工、清洗、烘干:將物料6機(jī)械加工到所需的尺寸，并超聲波清洗、烘干，得到物料7;
8)高溫氧化:將物料7置于馬福爐中，進(jìn)行高溫氧化，高溫氧化條件為按100?160°C/小時(shí)的速度升溫，升至溫度1150?1250 °C，保溫110?130 min，得到物料8;
9 )上電極、燒滲、極化:將物料8進(jìn)行上電極、燒滲、硅油中極化；
完成高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料的制作。
[0026]所述步驟5)物料4中加入的增塑劑為聚乙烯醇或鄰苯二甲酸二丁酯，加入量為5%?10%。
[0027]所述步驟8)將加工到機(jī)械尺寸要求的壓電陶瓷制品放置在同種材料加工的平整墊片上，置于敞口的坩禍中，再將坩禍放置于爐門(mén)微開(kāi)的高溫馬福爐中，升溫速度升至最高溫度，并保溫。
[0028]所述步驟I)物料1、步驟4)物料4的含水率< 10%ο
[0029]上述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對(duì)于本發(fā)明的限制，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征在不沖突的情況下，可以相互任意組合。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料，其特征在于，所述材料包括按重量份計(jì)以下原料制成: 紅丹粉45?65份，鈦白粉6?15份，氧化鈷15?25份，氧化鑭0.3-1.2份，氧化鈮0.2?1.2份，氧化鋁0.8?1.8份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，所述材料包括按重量份計(jì)以下原料制成: 紅丹粉50?60份，鈦白粉8?1份，氧化鈷18?20份，氧化鑭0.5-0.8份，氧化鈮0.4-0.7份，氧化鋁I?1.5份。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的材料，其特征在于:所述材料介電常數(shù)為3300?4500，壓電系數(shù)為 612 X 10—12?810 X 10—12c/N。4.制作如權(quán)利要求1或2所述的材料，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 1)配料、混料、干燥:按配方量稱取原料，混合，干燥，得到物料I; 2)壓坯、合成:將物料I放入坩禍中壓實(shí)，合成，得到物料2; 3)細(xì)化:將物料2球磨得到物料3; 4)脫水:將物料3進(jìn)行干燥，得到物料4; 5)增塑造粒、成型、排塑:將物料4中加入增塑劑后造粒，烘干、壓片、排塑，得到物料5; 6)燒結(jié):將物料5置于馬弗爐中燒結(jié)得到物料6; 7)機(jī)械加工、清洗、烘干:將物料6機(jī)械加工到所需的尺寸，并超聲波清洗、烘干，得到物料7; 8)高溫氧化:將物料7置于馬福爐中，進(jìn)行高溫氧化，得到物料8; 9 )上電極、燒滲、極化:將物料8進(jìn)行上電極、燒滲、硅油中極化； 完成高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料的制作。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述步驟2)合成溫度為800-900°C，合成時(shí)間為0.5?I ho6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述步驟3)細(xì)化過(guò)程中物料2中加入50%?70%的水進(jìn)行球磨。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述步驟3)物料3粒徑<2μπι。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述步驟5)物料4中加入的增塑劑為聚乙烯醇或鄰苯二甲酸二丁酯，加入量為5%?10%。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述步驟6)于1280?1350°C下燒結(jié)2?3h。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述步驟8)高溫氧化條件為按100?160°C/小時(shí)的速度升溫，升至溫度1150?1250 °C，保溫110?130 min。
【專利摘要】本發(fā)明屬于水聲接收產(chǎn)品領(lǐng)域，特別涉及一種高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料及其制作方法。高介電常數(shù)P-52壓電陶瓷材料包括按重量份計(jì)以下原料制成：紅丹粉45~65份，鈦白粉6~15份，氧化鈷15~25份，氧化鑭0.3~1.2份，氧化鈮0.2~1.2份，氧化鋁0.8~1.8份。制作所述的材料包括配料、混料、干燥，壓坯、合成，細(xì)化，脫水，增塑造粒、成型、排塑，燒結(jié)，機(jī)械加工、清洗、烘干，高溫氧化等步驟。本發(fā)明制作的產(chǎn)品樣品經(jīng)過(guò)性能測(cè)試，介電常數(shù)高達(dá)3300~4500，壓電系數(shù)為612×10-12~810×10-12c/N，該工藝制備的P-52材料完全滿足水聲換能器的性能及使用要求。
【IPC分類】C04B35/472, C04B35/622, C04B35/64
【公開(kāi)號(hào)】CN105541321
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610075665
【發(fā)明人】王新平, 李丹, 劉天陽(yáng)
【申請(qǐng)人】中船重工海聲科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2016年2月3日