技術領域

本發明涉及一種壓電陶瓷的制備方法。具體而言，本發明涉及到一種鈮鋅酸鉛（PZN）基的多元復合鈣鈦礦型壓電陶瓷的制備方法。

背景技術

近十年來，新型弛豫鐵電材料以其優異的壓電性能引起了人們的極大關注的。研究最多和應用最廣的主要是鉛基復合鈣鈦礦結構的弛豫鐵電體，此類鐵電體通式Pb(B′B〞)O₃，其中B位原子有兩種占位，B′=Zn²⁺,?Mg²⁺,?Fe³⁺,?Sc³⁺……，B〞=Nb⁵⁺,?Ta⁵⁺,?W⁶⁺……。其中典型的弛豫鐵電體鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)和鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛(PZN-PT)，其優異的壓電性能（d₃₃~2000pC/N）、機電耦合性能（K₃₃~90%）以及電致伸縮性能（電場誘導應變高達1.7%），使其在醫療成像、聲納換能器以及固態致動器領域具有十分廣闊的應用前景。然而PZN的鈣鈦礦結構熱穩定性差，PZN-PT在MPB的組分PT含量低，鈣鈦礦結構不穩定，制備過程中很容易形成燒綠石相，使得獲得MPB組分的PZN-PT陶瓷材料異常困難；為了穩定PZN的鈣鈦礦結構，目前常用的方法是將PZN與穩定的鈣鈦礦體（BaTiO₃、SrTiO₃、KN等）或者其他弛豫鐵電體鈮鎳酸鉛(PNN)、鈮鈧酸鉛(PSN)等形成固溶體來抑制燒綠石相。

目前國際上開展的對PZN基的三元和多元壓電陶瓷的研究，主要有鈧酸鉍-鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛（BiScO₃-PbTiO₃-PZN）、鈮鈧酸鉛-鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛（PSN-PZN-PT）、鈮鎳酸鉛-鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛（PNN-PZN-PT）、鈮鋅酸鉛-鋯鈦酸鉛（PZN-PZT）、鋯鈦酸鉛-銻錳酸鉛-鈮鋅酸鉛（PZT-PMS-PZN）、鈮鎂酸鉛-鈮鎳酸鉛-鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛（PMN-PNN-PZN-PT）等。合成方法主要有以下三種：

（1）Swartz?和Shrout提出的鈮鐵礦前驅體二步合成法。例如三元壓電陶瓷PSN-PZN-PT的合成，Yamashita等人首先分別合成鈮鐵礦結構的前驅體ZnNb₅O₆和ScNbO₄，然后按照化學計量比將ZnNb₅O₆、ScNbO₄與PbO、TiO₂研磨混合，煅燒，得到PSN-PZN-PT陶瓷粉體，經過燒結得到PSN-PZN-PT陶瓷。Jing-Song?Pan報道的PMN-PNN-PZN-PT四元陶瓷的合成與之類似。

（2）Bijun?Fang等人報道的PZN-PNN-PT三元陶瓷的合成采用了預先將B位離子氧化物ZnO、NiO、Nb₂O₅和TiO₂按照化學計量比預先共燒，共燒溫度1000℃，保溫時間4h；然后將共燒得到的混合物與PbO按化學計量比研磨混合，925℃煅燒，保溫2h，得到PZN-PNN-PT的陶瓷粉體，經過燒結得到PZN-PNN-PT陶瓷。Zupei?Yang?報道的PZT-PMS-PZN四元陶瓷的合成工藝與之類似。

（3）Fan?Huiqing等人報道的PZN-PZT的合成類似于二步合成法，預先合成鈮鐵礦結構的前驅體ZnNb₅O₆，然后將ZnNb₅O₆與PbO、TiO₂、ZrO₂按照化學計量比研磨混合，煅燒，得到PNN-PZT陶瓷粉體，經過燒結得到PSN-PZN-PT陶瓷。Zhonghua?Yao報道的BiScO₃-PbTiO₃-PZN的合成與之類似。

上述方法在PZN含量超過一定程度后，都會出現嚴重的燒綠石相，并不能有效地排除燒綠石相。

發明內容

本發明的目的在于改進PZN基的多元復合鈣鈦礦型壓電陶瓷的制備工藝，提高PZN在固溶體中的含量，有效地抑制燒綠石相的形成，得到燒結質量高的陶瓷。本發明提供了一種優化的B位離子氧化物共燒工藝，該工藝在提高PZN在固溶體中的含量的同時，抑制燒綠石相的形成，得到幾乎是鈣鈦礦的陶瓷。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：