1.本发明涉及压电陶瓷技术领域，具体涉及一种外加锑酸铋的改性锆钛酸铅压电陶瓷及其制备方法。


背景技术：

2.随着科学技术的突飞猛进，压电陶瓷材料的研究愈发深入，其所对应的应用场景和领域愈发广泛。压电陶瓷是一种可以实现电能与机械能相互转换的材料。其中最为广泛商业化应用的陶瓷为锆钛酸铅(pzt)系列压电陶瓷。针对不同的应用场景和使用目的，研究人员已经开发出了多种类型的pzt陶瓷。其中高压电性和低居里温度的为软性pzt，为pzt-5体系；而高品质因子、低介电损耗、相对较低的压电性能被称为硬性陶瓷，为pzt-4体系；高压电性能与低的介电损耗之间往往很难兼得。
3.有鉴于此，本发明针对上述未臻完善所导致的诸多缺失，而深入构思，且积极研究改良试做而设计出本发明。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种能够保持高压电性能的同时，降低pzt陶瓷的介电损耗，减少信号输出过程中噪声的产生的外加锑酸铋的改性锆钛酸铅压电陶瓷及其制备方法。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：
6.一种外加锑酸铋的改性锆钛酸铅压电陶瓷，在pzt陶瓷的a位进行srla的共掺取代，同时外加bisbo3和少量的ceo2和sm2o3进行掺杂改性，其配方分子式为：
7.(1-u)pb
1-x-y
sr
x
lay(zrzti
1-z
)o
3-ubisbo
3-vwt％ceo
2-hwt％sm2o38.其中：0≤x≤0.5、0≤y≤0.5、0.3≤z≤0.7、0≤u≤0.3、0≤v≤0.3、0≤h≤0.3。
9.本发明的另一目的在于提供一种外加锑酸铋的改性锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：
10.步骤一：以srco3、la2o3、zro2、tio2、sb2o3、bi2o3、pb
304
、ceo2、sm2o3为原料，按照配方分子式中pb、sr、la、zr、ti、sb、bi、ce、sm的化学计量比称重后混合在酒精溶剂中；
11.步骤二：用锆球滚磨后烘干酒精，烘干后进行预烧，得到经过预烧的粉体；
12.步骤三：将预烧的粉体进行二次球磨，然后进行二次烘干，得到二次烘干后的粉料；
13.步骤四：向二次烘干后的粉料加入pva溶液并充分研磨，并压制成小圆片；
14.步骤五：对压制成的小圆片进行排胶处理，将排胶后的小圆片进行烧结，得到陶瓷片；
15.步骤六：将陶瓷片的两端覆盖上银浆后进行烧银处理，然后对烧银后的陶瓷片进行极化处理，极化完成后，得到外加锑酸铋的改性锆钛酸铅压电陶瓷，静置一段时间后进行测试。
16.进一步，所述步骤二中，锆球滚磨的时间为24h。
17.进一步，所述步骤二中，预烧的温度为900℃，保温时间为2h。
18.进一步，所述步骤三中，二次球磨的时间为13h。
19.进一步，所述步骤四中，pva溶液的质量比为8％，二次烘干后的粉料在1.5pma中压制成小圆片。
20.进一步，所述步骤五中，排胶处理的温度为750℃，保温时间为2h，烧结温度为1200℃，保温时间为2h。
21.进一步，所述步骤六中，烧银温度为650℃，极化温度为140℃，极化的电压为4kv/mm，极化保温时间为30min，静置时间为24h。
22.采用上述技术方案后，本发明根据该配方分子式制备的压电陶瓷表现出优异的综合电学性能，该配方分子式所制备的样品能够获得高压电性能的同时保持较高的距离温度，使压电陶瓷材料既有高的机电转换的能力，又保持了较为宽泛的可应用范围，同时较低的介电损耗和介电常数有利于减少噪声的输出。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明实施例1压电陶瓷2θ角为20-60o的xrd衍射图谱。
25.图2是实施例1的介电温谱图。
具体实施方式
26.为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
28.一种外加锑酸铋的改性锆钛酸铅压电陶瓷，在pzt陶瓷的a位进行srla的共掺取代，同时外加bisbo3和少量的ceo2和sm2o3进行掺杂改性，其配方分子式为：
29.(1-u)pb
1-x-y
sr
x
lay(zrzti
1-z
)o
3-ubisbo
3-vwt％ceo
2-hwt％sm2o330.其中：0≤x≤0.5、0≤y≤0.5、0.3≤z≤0.7、0≤u≤0.3、0≤v≤0.3、0≤h≤0.3。
31.以下为本发明外加锑酸铋的改性锆钛酸铅压电陶瓷组分的几个具体示例：
32.实施例1
33.制备配方分子式为：
34.0.99pb
0.97
sr
0.02
la
0.01
(zr
0.53
ti
0.47
)o
3-0.01bisbo
3-0.1％wtceo
2-0.1％wtsm2o3的外加锑酸铋的改性锆钛酸铅压电陶瓷。
35.其中：u＝0.01，x＝0.02，y＝0.01，z＝0.53，v＝0.1，h＝0.1。
36.制备方法为：
37.步骤一：以srco3、la2o3、zro2、tio2、sb2o3、bi2o3、pb
304
、ceo2、sm2o3为原料，按照配方分子式中pb、sr、la、zr、ti、sb、bi、ce、sm的化学计量比称重后混合在酒精溶剂中；
38.步骤二：用锆球滚磨24h后烘干酒精，烘干后，粉体在900℃中保温2h进行预烧，得到经过预烧的粉体；
39.步骤三：将预烧的粉体在球磨罐中进行二次球磨，滚磨13h后进行二次烘干，得到烘干后的粉料；
40.步骤四：向二次烘干后的粉料加入8％质量比的pva溶液并充分研磨至胶水分散均匀，并在1.5mpa中压制成小圆片；
41.步骤五：对压制后的小圆片在750℃中保温2h进行排胶处理，排胶后的样品放置在1200℃下保温2h进行烧结，得到陶瓷片；
42.步骤六：将陶瓷片的两端覆盖上银浆后在650℃进行烧银处理，再将陶瓷片置于140℃环境中，施加4kv/mm电场保温30min进行极化处理，待极化完成，得到外加锑酸铋的改性锆钛酸铅压电陶瓷，静置24h后测试相应的电学性能。
43.其主要参数为d33＝544pc/n，tc＝323℃，εr＝2648，tanδ＝1.45％。
44.如图1所示，表明实施例1中的压电陶瓷为钙钛矿结构。
45.如图2所示，实施例1的介电温谱图表表明该样品的居里温度可达323℃。
46.实施例2
47.制备配方分子式为：
48.0.99pb
0.97
sr
0.02
la
0.01
(zr
0.51
ti
0.49
)o
3-0.01bisbo
3-0.1％wtceo
2-0.1％wtsm2o3的外加锑酸铋的改性锆钛酸铅压电陶瓷。
49.其中：u＝0.01，x＝0.02，y＝0.01，z＝0.51，v＝0.1，h＝0.1。
50.制备方法为：
51.步骤一：以srco3、la2o3、zro2、tio2、sb2o3、bi2o3、pb
304
、ceo2、sm2o3为原料，按照配方分子式中pb、sr、la、zr、ti、sb、bi、ce、sm的化学计量比称重后混合在酒精溶剂中；
52.步骤二：用锆球滚磨24h后烘干酒精，烘干后，粉体在900℃中保温2h进行预烧，得到经过预烧的粉体；
53.步骤三：将预烧的粉体在球磨罐中进行二次球磨，滚磨13h后进行二次烘干，得到烘干后的粉料；
54.步骤四：向二次烘干后的粉料加入8％质量比的pva溶液并充分研磨造粒，并在1.5mpa中压制成小圆片；
55.步骤五：对压制后的小圆片在750℃中保温2h进行排胶处理，排胶后的样品放置在1200℃下保温2h进行烧结，得到陶瓷片；
56.步骤六：将陶瓷片的两端覆盖上银浆后在650℃进行烧银处理，再将陶瓷片置于140℃环境中，施加4kv/mm电场保温30min进行极化处理，待极化完成，得到外加锑酸铋的改性锆钛酸铅压电陶瓷，静置24h后测试相应的电学性能。
57.其主要参数为d33＝594pc/n，tc＝279℃，εr＝2758，tanδ＝1.73％。
58.实施例3
59.制备配方分子式为：
60.0.98pb
0.97
sr
0.02
la
0.01
(zr
0.53
ti
0.47
)o
3-0.02bisbo
3-0.1％wtceo
2-0.1％wtsm2o3的外加锑酸铋的改性锆钛酸铅压电陶瓷。
61.其中：u＝0.02，x＝0.02，y＝0.01，z＝0.51，v＝0.1，h＝0.1。
62.制备方法为：
63.步骤一：以srco3、la2o3、zro2、tio2、sb2o3、bi2o3、pb
304
、ceo2、sm2o3为原料，按照配方分子式中pb、sr、la、zr、ti、sb、bi、ce、sm的化学计量比称重后混合在酒精溶剂中；
64.步骤二：用锆球滚磨24h后烘干酒精，烘干后，粉体在900℃中保温2h进行预烧，得到经过预烧的粉体；
65.步骤三：将预烧的粉体在球磨罐中进行二次球磨，滚磨13h后进行二次烘干，得到烘干后的粉料；
66.步骤四：向二次烘干后的粉料加入8％质量比的pva溶液并充分研磨造粒，并在1.5mpa中压制成小圆片；
67.步骤五：对压制后的小圆片在750℃中保温2h进行排胶处理，排胶后的样品放置在1200℃下保温2h进行烧结，得到陶瓷片；
68.步骤六：将陶瓷片的两端覆盖上银浆后在650℃进行烧银处理，再将陶瓷片置于140℃环境中，施加4kv/mm电场保温30min进行极化处理，待极化完成，得到外加锑酸铋的改性锆钛酸铅压电陶瓷，静置24h后测试相应的电学性能。
69.其主要参数为d33＝578pc/n，tc＝294℃，εr＝2783，tanδ＝1.9％。
70.采用上述(1-z)pb
1-x
(srula
1-u
)
x
(zryti
1-y
)o
3-zbisbo
3-vwt％ceo
2-hwt％sm2o3配方分子式制备的外加锑酸铋的改性锆钛酸铅压电陶瓷，根据该配方分子式制备的陶瓷表现出优异的综合电学性能，该配方所制备的样品能够获得高压电性能的同时保持较高的距离温度，使材料既有高的机电转换的能力，又保持了较为宽泛的可应用范围，同时较低的介电损耗和介电常数有利于减少噪声的输出。
71.以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。