本發明所述鈮鎳酸鉛?鋯鈦酸鉛壓電陶瓷，表示其化學組成組分及組分含量的化學式如下：Pb_1?mSr_m(Ni_1/3Nb_2/3)_n(Zr_0.52Ti_0.48)_1?nO₃+xwt％Sb₂O₃+y％PbO+z％NiO，式中0.08≤m≤0.12，0.1≤n≤0.4，0.5≤x≤1，0≤y≤4，0≤z≤5，各參數進一步優選為m＝0.1，0.2≤n≤0.24，x＝0.75，y＝3，0≤z≤4。本發明還提供了上述鈮鎳酸鉛?鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的制備方法。所述摻雜改性的鈮鎳酸鉛?鋯鈦酸鉛壓電陶瓷其電學性能顯著提高，可滿足大功率壓電器件的應用需求。

技術領域

本發明屬于壓電陶瓷領域，特別是涉及一種摻雜改性的高性能鈮鎳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷及其制備方法。

背景技術

功率型的壓電器件是一種壓電換能器，它的工作原理是利用陶瓷材料特有的正、逆壓電效應，通過機電能量二次轉換，依靠器件內部阻抗的變化而實現在諧振頻率上應用。這就要求壓電器件材料具有高的壓電系數d₃₃、高的介電常數ε_r、大的機電耦合系數k_p以及低的介電損耗tanδ。PZT(PbZrO₃-PbTiO₃，鋯鈦酸鉛)基壓電材料由于具有高d₃₃和k_p而得到廣泛的應用。目前，普遍用于提高PZT基壓電陶瓷電學性能的方法主要有三種：1)在PZT基的基礎上進行多元復合，常見的復合組元有鈮鎂酸鉛(PMN)、鈮鋅酸鉛(PZN)和鈮鎳酸鉛(PNN)等；2)在PZT系中進行A位和B位離子的摻雜改性，常用的摻雜改性方法有同價取代、硬性摻雜和軟性摻雜；3)探索新的制備工藝。對于第一種方法中，在PZT基礎上進行多元復合的PNN-PZT(鈮鎳酸鉛-鋯鈦酸鉛)壓電陶瓷以其較高的壓電系數、相對較高的機電耦合系數、高的介電常數，以及低的機械品質因數而得到廣泛的關注和應用。但若不進行摻雜改性，PNN-PZT壓電陶瓷的電學性能相對較低，不能滿足大功率壓電器件的應用需求。摻雜改性由于能顯著提升壓電器件的電學性能，已成為壓電陶瓷與器件方向的研究熱點。目前對PNN-PZT壓電陶瓷進行了Sm₂O₃、ZnO、MnO₂、Fe₂O₃、Y₂O₃、ZnO/Li₂O共摻、CuO/Fe₂O₃共摻等各種摻雜改性研究，但摻雜后所獲得產品的壓電、介電性能仍相對偏低，壓電系數d₃₃≤800pC/N；室溫相對介電常數ε_r≤6000，尚不能滿足大功率壓電器件的實際應用需求。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種摻雜改性的鈮鎳酸鉛-鋯鈦酸鉛壓電陶瓷及其制備方法，以進一步提高PNN-PZT系壓電陶瓷的電學性能，從而滿足大功率壓電器件的應用需求。

本發明的構思如下：通過選用Sr對A位離子的摻雜和選用Sb對B位離子的摻雜，即以A、B位離子共摻雜，進一步通過Pb和/或Ni過量條件下的制備方法來獲得電學性能優良的PNN-PZT系壓電陶瓷，以得到具有高壓電系數、高介電常數、以及較高機電耦合系數的摻雜改性的高性能PNN-PZT壓電陶瓷。

為實現上述目的，本發明通過以下的技術方案來實現：